[go: up one dir, main page]
More Web Proxy on the site http://driver.im/

DE10218155B4 - Semiconductor device and method for manufacturing the same - Google Patents

Semiconductor device and method for manufacturing the same Download PDF

Info

Publication number
DE10218155B4
DE10218155B4 DE10218155A DE10218155A DE10218155B4 DE 10218155 B4 DE10218155 B4 DE 10218155B4 DE 10218155 A DE10218155 A DE 10218155A DE 10218155 A DE10218155 A DE 10218155A DE 10218155 B4 DE10218155 B4 DE 10218155B4
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
layer
cap layer
copper
insulating film
semiconductor device
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
DE10218155A
Other languages
German (de)
Other versions
DE10218155A1 (en
Inventor
Nobuyuki Ohtsuka
Noriyoshi Shimizu
Hisaya Sakai
Yoshiyuki Nakao
Hiroki Kondo
Takashi Suzuki
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fujitsu Semiconductor Ltd
Original Assignee
Fujitsu Semiconductor Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fujitsu Semiconductor Ltd filed Critical Fujitsu Semiconductor Ltd
Publication of DE10218155A1 publication Critical patent/DE10218155A1/en
Application granted granted Critical
Publication of DE10218155B4 publication Critical patent/DE10218155B4/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/31Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to form insulating layers thereon, e.g. for masking or by using photolithographic techniques; After treatment of these layers; Selection of materials for these layers
    • H01L21/3205Deposition of non-insulating-, e.g. conductive- or resistive-, layers on insulating layers; After-treatment of these layers
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/70Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
    • H01L21/71Manufacture of specific parts of devices defined in group H01L21/70
    • H01L21/768Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics
    • H01L21/76838Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics characterised by the formation and the after-treatment of the conductors
    • H01L21/76841Barrier, adhesion or liner layers
    • H01L21/76843Barrier, adhesion or liner layers formed in openings in a dielectric
    • H01L21/76849Barrier, adhesion or liner layers formed in openings in a dielectric the layer being positioned on top of the main fill metal
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/70Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
    • H01L21/71Manufacture of specific parts of devices defined in group H01L21/70
    • H01L21/768Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics
    • H01L21/76801Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics characterised by the formation and the after-treatment of the dielectrics, e.g. smoothing
    • H01L21/76802Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics characterised by the formation and the after-treatment of the dielectrics, e.g. smoothing by forming openings in dielectrics
    • H01L21/76807Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics characterised by the formation and the after-treatment of the dielectrics, e.g. smoothing by forming openings in dielectrics for dual damascene structures
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/70Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
    • H01L21/71Manufacture of specific parts of devices defined in group H01L21/70
    • H01L21/768Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics
    • H01L21/76801Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics characterised by the formation and the after-treatment of the dielectrics, e.g. smoothing
    • H01L21/76829Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics characterised by the formation and the after-treatment of the dielectrics, e.g. smoothing characterised by the formation of thin functional dielectric layers, e.g. dielectric etch-stop, barrier, capping or liner layers
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/70Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
    • H01L21/71Manufacture of specific parts of devices defined in group H01L21/70
    • H01L21/768Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics
    • H01L21/76801Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics characterised by the formation and the after-treatment of the dielectrics, e.g. smoothing
    • H01L21/76829Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics characterised by the formation and the after-treatment of the dielectrics, e.g. smoothing characterised by the formation of thin functional dielectric layers, e.g. dielectric etch-stop, barrier, capping or liner layers
    • H01L21/76832Multiple layers
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/70Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
    • H01L21/71Manufacture of specific parts of devices defined in group H01L21/70
    • H01L21/768Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics
    • H01L21/76801Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics characterised by the formation and the after-treatment of the dielectrics, e.g. smoothing
    • H01L21/76829Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics characterised by the formation and the after-treatment of the dielectrics, e.g. smoothing characterised by the formation of thin functional dielectric layers, e.g. dielectric etch-stop, barrier, capping or liner layers
    • H01L21/76834Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics characterised by the formation and the after-treatment of the dielectrics, e.g. smoothing characterised by the formation of thin functional dielectric layers, e.g. dielectric etch-stop, barrier, capping or liner layers formation of thin insulating films on the sidewalls or on top of conductors
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/70Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
    • H01L21/71Manufacture of specific parts of devices defined in group H01L21/70
    • H01L21/768Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics
    • H01L21/76838Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics characterised by the formation and the after-treatment of the conductors
    • H01L21/76841Barrier, adhesion or liner layers
    • H01L21/76853Barrier, adhesion or liner layers characterized by particular after-treatment steps
    • H01L21/76855After-treatment introducing at least one additional element into the layer
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/70Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
    • H01L21/71Manufacture of specific parts of devices defined in group H01L21/70
    • H01L21/768Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics
    • H01L21/76838Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics characterised by the formation and the after-treatment of the conductors
    • H01L21/76841Barrier, adhesion or liner layers
    • H01L21/76853Barrier, adhesion or liner layers characterized by particular after-treatment steps
    • H01L21/76855After-treatment introducing at least one additional element into the layer
    • H01L21/76858After-treatment introducing at least one additional element into the layer by diffusing alloying elements
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/52Arrangements for conducting electric current within the device in operation from one component to another, i.e. interconnections, e.g. wires, lead frames
    • H01L23/522Arrangements for conducting electric current within the device in operation from one component to another, i.e. interconnections, e.g. wires, lead frames including external interconnections consisting of a multilayer structure of conductive and insulating layers inseparably formed on the semiconductor body
    • H01L23/532Arrangements for conducting electric current within the device in operation from one component to another, i.e. interconnections, e.g. wires, lead frames including external interconnections consisting of a multilayer structure of conductive and insulating layers inseparably formed on the semiconductor body characterised by the materials
    • H01L23/53204Conductive materials
    • H01L23/53209Conductive materials based on metals, e.g. alloys, metal silicides
    • H01L23/53228Conductive materials based on metals, e.g. alloys, metal silicides the principal metal being copper
    • H01L23/53238Additional layers associated with copper layers, e.g. adhesion, barrier, cladding layers
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/0001Technical content checked by a classifier
    • H01L2924/0002Not covered by any one of groups H01L24/00, H01L24/00 and H01L2224/00

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)

Abstract

Halbleitervorrichtung mit: einem ersten Isolierfilm (10), der über einem Halbleiterfilm gebildet ist; einem ersten Metallmuster (12a, 12b), das in dem ersten Isolierfilm vergraben ist; und einer ersten Kappenschicht (13), die auf dem ersten Metallmuster und dem ersten Isolierfilm gebildet ist und aus Zirkoniumnitrid oder einer Zirkoniumnitridverbindung hergestellt ist, wobei eine Filmdicke der ersten Kappenschicht (13) gleich oder geringer ist als 18,7 nm.A semiconductor device comprising: a first insulating film (10) formed over a semiconductor film; a first metal pattern (12a, 12b) buried in the first insulating film; and a first cap layer (13) formed on the first metal pattern and the first insulating film and made of zirconium nitride or a zirconium nitride compound, a film thickness of the first cap layer (13) being equal to or less than 18.7 nm.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNGBACKGROUND OF THE INVENTION

1. Gebiet der Erfindung1. Field of the invention

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Halbleitervorrichtung und ein Verfahren zum Herstellen derselben und, im besonderen, eine Halbleitervorrichtung mit einer mehrschichtigen Verdrahtungsstruktur, die eine Kupferschichtverdrahtung enthält, und ein Verfahren zum Herstellen derselben.The present invention relates to a semiconductor device and a method of manufacturing the same, and more particularly to a semiconductor device having a multilayer wiring structure including a copper layer wiring, and a method of manufacturing the same.

2. Beschreibung des Standes der Technik2. Description of the Related Art

Einhergehend mit dem Fortschritt der Prozeßtechnologie der integrierten Halbleiterschaltung (LSI) werden verschiedene Halbleiterelemente immer mehr miniaturisiert. Auch bei der hohen Dichte, der Zunahme der Anzahl von Schichten und der Reduzierung der Dicke der Verdrahtungen in der LSI ist ein rapider Fortschritt zu verzeichnen, und so nimmt die Belastung, die auf die Verdrahtungen angewendet wird, bzw. die Dichte des Stromes, der durch die Verdrahtungen fließt, unentwegt zu. Wenn der Strom mit der hohen Dichte durch die Verdrahtungen fließt, kommt es demzufolge leicht zu einer Brucherscheinung der Verdrahtung, die als Elektromigration (EM) bezeichnet wird. Es wird angenommen, daß die Antriebskraft der Elektromigration erzeugt wird, wenn Metallatome bewegt werden und auf Grund der Kollision der Elektronenflüsse mit hoher Dichte diffundieren. Da die Qualitätsminderungserscheinung durch die Elektromigration bei Miniaturisierung des Elementes noch intensiver wird, ist die Entwicklung des Verdrahtungsmaterials und der Verdrahtungsstruktur erforderlich, durch die der Strom mit hoher Dichte hindurchfließen kann und die die hohe Zuverlässigkeit erreichen können.Along with the progress of semiconductor integrated circuit (LSI) process technology, various semiconductor elements are becoming more and more miniaturized. Also, with the high density, the increase in the number of layers and the reduction in the thickness of the wirings in the LSI, rapid progress has been made, and so the load applied to the wirings and the density of the current, respectively, are increasing flowing through the wiring, constantly closing. As a result, when the high-density current flows through the wirings, the wiring is easily broken, which is called electromigration (EM). It is believed that the driving force of electromigration is generated when metal atoms are moved and diffuse at high density due to the collision of the electron fluxes. As the quality degradation phenomenon due to electromigration becomes more intense as the element is miniaturized, development of the wiring material and the wiring structure is required, through which the high-density current can flow and which can achieve the high reliability.

Als Verdrahtung, in der die Elektromigration anders als in der Aluminiumverdrahtung kaum auftritt, steht die Kupferverdrahtung zur Verfügung.As wiring in which the electromigration hardly occurs unlike in the aluminum wiring, the copper wiring is available.

Das feine Mustern der Kupferschicht ist jedoch schwierig. Als eine der effektiven Lösungen zum Herstellen der Kupferverdrahtung wird das Damaszener-Verfahren in der Praxis eingesetzt, das die Schritte zum Bilden des Verdrahtungsgrabens in dem Isolierfilm im voraus und dann zum Vergraben der Kupferschicht in ihm umfaßt. Auch das Dual-Damaszener-Verfahren ist bekannt, bei dem der Durchgang und die Verdrahtung gleichzeitig gebildet werden, indem das Durchgangsloch unter dem Verdrahtungsgraben gebildet wird.However, the fine patterning of the copper layer is difficult. As one of the effective solutions for producing the copper wiring, the damascene method is used in practice, which includes the steps of forming the wiring trench in the insulating film in advance and then burying the copper layer therein. Also, the dual damascene method is known in which the via and the wiring are simultaneously formed by forming the via hole under the wiring trench.

Ein Beispiel für Schritte zum Bilden des Durchgangs durch das Damaszener-Verfahren ist nun in 1A bis 1D gezeigt.An example of steps for making the passage through the damascene method is now in FIG 1A to 1D shown.

Zuerst wird, wie in 1A gezeigt, ein Zwischenschichtisolierfilm 102 auf einem Halbleitersubstrat 101 gebildet, und ein erster Siliziumoxidfilm 103 und ein Siliziumnitridfilm 107 werden auf dem Zwischenschichtisolierfilm 102 gebildet. Dann wird ein erster Verdrahtungsgraben 104 in diesen Filmen 103, 107 gebildet, indem der erste Siliziumoxidfilm 103 und der Siliziumnitridfilm 107 gemustert werden. Dann werden eine Barrierenmetallschicht 105 und eine erste Kupferschicht 106 sequentiell in dem ersten Verdrahtungsgraben 104 und auf dem Siliziumnitridfilm 107 gebildet, um den ersten Verdrahtungsgraben 104 vollständig zu vergraben. Dann werden die erste Kupferschicht 106 und die Barrierenmetallschicht 105 durch das chemisch-mechanische Polierverfahren (CMP) poliert und von der oberen Fläche des Siliziumnitridfilms 107 entfernt.First, as in 1A shown an interlayer insulating film 102 on a semiconductor substrate 101 formed, and a first silicon oxide film 103 and a silicon nitride film 107 are on the interlayer insulating film 102 educated. Then, a first wiring ditch 104 in these films 103 . 107 formed by the first silicon oxide film 103 and the silicon nitride film 107 be patterned. Then a barrier metal layer 105 and a first copper layer 106 sequentially in the first wiring trench 104 and on the silicon nitride film 107 formed around the first wiring ditch 104 to completely bury. Then the first copper layer 106 and the barrier metal layer 105 polished by the chemical mechanical polishing (CMP) method and from the top surface of the silicon nitride film 107 away.

Daher wird, wie in 1B gezeigt, die erste Kupferschicht 106, die nur in dem ersten Verdrahtungsgraben 104 verblieben ist, als Kupferverdrahtung 106a verwendet. Dann wird ein zweiter Siliziumoxidfilm 108 auf dem Siliziumnitridfilm 107 bzw. der Kupferverdrahtung 106a gebildet.Therefore, as in 1B shown the first copper layer 106 that only in the first wiring ditch 104 remained as copper wiring 106a used. Then, a second silicon oxide film 108 on the silicon nitride film 107 or the copper wiring 106a educated.

Danach wird, wie in 1C gezeigt, ein Durchgangsloch 109 auf der Kupferverdrahtung 106a gebildet, indem der zweite Siliziumoxidfilm 108 gemustert wird.After that, as in 1C shown a through hole 109 on the copper wiring 106a formed by the second silicon oxide film 108 is patterned.

Dann werden, wie in 1D gezeigt, eine zweite Barrierenmetallschicht 110 und eine zweite Kupferschicht 111 in dem Durchgangsloch 109 und auf dem zweiten Siliziumoxidfilm 108 gebildet. Danach werden die zweite Kupferschicht 111 und die zweite Barrierenmetallschicht 110 durch das CMP-Verfahren poliert und von der oberen Fläche des zweiten Siliziumoxidfilms 108 entfernt. Dann wird die zweite Kupferschicht 111, die in dem Durchgangsloch 109 verblieben ist, als Durchgang 111a verwendet.Then, as in 1D shown a second barrier metal layer 110 and a second copper layer 111 in the through hole 109 and on the second silicon oxide film 108 educated. After that, the second copper layer 111 and the second barrier metal layer 110 polished by the CMP method and from the upper surface of the second silicon oxide film 108 away. Then the second copper layer 111 in the through hole 109 remained as a passage 111 used.

Die mehrschichtige Kupferverdrahtungsstruktur kann erhalten werden, indem die Bildung der Kupferverdrahtung und die Bildung des Durchgangs gemäß den obigen Schritten wiederholt werden.The multilayer copper wiring structure can be obtained by repeating the formation of the copper wiring and the formation of the via according to the above steps.

Falls das Durchgangsloch 109, wie in 1C gezeigt, in dem zweiten Siliziumoxidfilm 108 gebildet wird, wird übrigens die Kupferverdrahtung 106a von dem Durchgangsloch 109 exponiert und direkt der Außenluft ausgesetzt.If the through hole 109 , as in 1C shown in the second silicon oxide film 108 Incidentally, the copper wiring is formed 106a from the through hole 109 exposed and exposed directly to the outside air.

Als Resultat ist es möglich, daß die Kupferverdrahtung 106a kontaminiert, korrodiert und oxidiert, und somit wird eine defekte Verbindung zwischen der Kupferverdrahtung 106a und dem Durchgang 111a bewirkt. Als Maßnahme wird der Prozeß zum Reinigen der Kupferverdrahtung 106a von dem Durchgangsloch 109 her ausgeführt. Falls hierbei das Aspektverhältnis des Durchgangslochs 109 zunimmt, wird es schwierig, die Oberfläche der Kupferverdrahtung 106a vollständig zu reinigen.As a result, it is possible that the copper wiring 106a contaminates, corrodes and oxidizes, and thus becomes a defective connection between the copper wiring 106a and the passage 111 causes. As a measure, the process for cleaning the copper wiring 106a from the through hole 109 executed. In this case, if the aspect ratio of the through-hole 109 increases it becomes difficult to surface the copper wiring 106a completely clean.

Die Druckschrift EP 1 083 596 A1 zeigt eine duale Damaszener-Struktur mit einer dielektrischen Schicht, die eine Öffnung mit einer vergrabenen Kupferschicht umfasst. Die Oberseite der Kupferschicht ist hierbei mit einem dünnen Film bedeckt, der Si3N4 oder andere dielektrische Materialien enthalten kann. Darüber hinaus kann eine Kappenschicht vorgesehen sein, welche die Oberseite der dielektrischen Schicht bedeckt.The publication EP 1 083 596 A1 shows a dual damascene structure with a dielectric layer comprising an opening with a buried copper layer. The top of the copper layer is covered with a thin film which may contain Si 3 N 4 or other dielectric materials. In addition, a cap layer may be provided covering the top of the dielectric layer.

Aus der Druckschrift US 5,426,330 ist ein Herstellungsverfahren für einen Halbleiter bekannt, bei dem auf einem Isolierfilm mit einer Öffnung eine Metallschicht aufgebracht wird, welche wiederum mit einer adhäsionsfördernden Schicht, die Titan oder Titannitrid umfassen kann, bedeckt ist.From the publication US 5,426,330 For example, there is known a semiconductor manufacturing method in which a metal film is deposited on an insulating film having an opening, which in turn is covered with an adhesion promoting layer which may include titanium or titanium nitride.

Als weiterer Stand der Technik werden die folgenden Druckschriften genannt: JP 05129224 A , DE 3784605 T2 und WO 00/54330 A1 .As a further prior art, the following publications are mentioned: JP 05129224 A . DE 3784605 T2 and WO 00/54330 A1 ,

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Halbleitervorrichtung vorzusehen, durch die die Oberflächenoxidation/-korrosion von Metallmustern, die für die Kupferverdrahtung oder den Durchgang verwendet werden, verhindert werden kann, und ein Verfahren zum Herstellen derselben.It is an object of the present invention to provide a semiconductor device by which surface oxidation / corrosion of metal patterns used for copper wiring or passage can be prevented, and a method of manufacturing the same.

Diese Aufgaben sind durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 8 gelöst.These objects are solved by the features of claims 1 and 8.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Kappenschicht, die aus der Substanz gebildet ist, mit der der elektrische Widerstand auf dem ersten Metallmusterfilm kleiner als der elektrische Widerstand auf dem Isolierfilm wird, auf dem ersten Isolierfilm und dem ersten Metallmuster gebildet. Das Metallmuster ist zum Beispiel die Kupferverdrahtung oder der Kupferdurchgang.According to the present invention, the cap layer formed of the substance with which the electrical resistance on the first metal pattern film becomes smaller than the electrical resistance on the insulating film is formed on the first insulating film and the first metal pattern. The metal pattern is, for example, the copper wiring or the copper passage.

Als Material für solch eine Kappenschicht stehen Zirkoniumnitrid, das chemisch stabil ist, seine Verbindung, etc., zur Verfügung. Es ist vorzuziehen, wenn die Filmdicke unter 20 nm liegt.As a material for such a capping layer, zirconium nitride which is chemically stable, its compound, etc. are available. It is preferable if the film thickness is less than 20 nm.

Wenn das Loch oder der Graben auf dem ersten Metallmuster und in dem zweiten Isolierfilm, der auf dem ersten Isolierfilm gebildet ist, gebildet wird, werden deshalb die Oxidation, die Korrosion und die Kontamination des ersten Metallmusters unter dem Loch oder dem Graben durch die Kappenschicht verhindert.Therefore, when the hole or trench is formed on the first metal pattern and the second insulating film formed on the first insulating film, oxidation, corrosion and contamination of the first metal pattern under the hole or trench are prevented by the cap layer ,

Zusätzlich ist das zweite Metallmuster, das in dem Loch oder dem Graben gebildet ist, mit dem ersten Metallmuster durch die Kappenschicht elektrisch verbunden. Da die Kappenschicht als Isolierabschnitt auf dem ersten Isolierfilm wirkt, kann das Mustern der Kappenschicht weggelassen werden.In addition, the second metal pattern formed in the hole or trench is electrically connected to the first metal pattern through the cap layer. Since the cap layer acts as an insulating portion on the first insulating film, the patterning of the cap layer can be omitted.

Das Zirkoniumnitrid oder irgendeine von deren Verbindungen, und das nicht erfindungsgemäße Zirkonium, Titan, Hafnium, die solch eine Kappenschicht bilden, kann auf dem ersten Isolierfilm selektiv geätzt werden, indem die Ätzbedingungen eingestellt werden, während es auf dem ersten Metallmuster verbleibt. Als Resultat kann solch eine Kappenschicht von der oberen Fläche des ersten Isolierfilms durch das selektive Ätzen ohne Maske selektiv entfernt werden und auf dem ersten Metallmuster verbleiben.The zirconium nitride or any of its compounds, and the non-inventive zirconium, titanium, hafnium forming such a capping layer, may be selectively etched on the first insulating film by adjusting the etching conditions while remaining on the first metal pattern. As a result, such a cap layer can be selectively removed from the upper surface of the first insulating film by the selective etching without a mask and remain on the first metal pattern.

Falls die Kupferdiffusion von dem ersten Metallmuster, welches das Kupfer enthält, in den Isolierfilm sicher verhindert werden soll, kann die zweite Kappenschicht, die aus dem Kupferdiffusionsverhinderungsisoliermaterial hergestellt ist, auf der Kappenschicht gebildet werden.If the copper diffusion from the first metal pattern containing the copper is to be surely prevented in the insulating film, the second cap layer made of the copper diffusion preventing insulating material may be formed on the cap layer.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

1A bis 1D sind Schnittansichten, die Schritte zum Bilden der mehrschichtigen Kupferverdrahtungsstruktur nach Stand der Technik zeigen; 1A to 1D FIG. 11 are sectional views showing steps of forming the multilayer copper wiring structure of the prior art; FIG.

2A bis 2F sind Schnittansichten, die ein Halbleitervorrichtungsherstellungsverfahren gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen; 2A to 2F 10 are sectional views showing a semiconductor device manufacturing method according to a first embodiment of the present invention;

3 ist eine Schnittansicht, die ein Prüfstück zeigt, das zum Prüfen einer Abhängigkeit eines spezifischen Widerstandes eines Zirkoniumnitridfilms, der in der Halbleitervorrichtung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird, von der darunterliegenden Schicht eingesetzt wird; 3 Fig. 10 is a sectional view showing a test piece used for testing a dependence of a resistivity of a zirconium nitride film used in the semiconductor device according to the embodiment of the present invention on the underlying layer;

4 ist ein Graph, der eine Beziehung zwischen einer Filmdicke und dem spezifischen Widerstand des Zirkoniumnitridfilms auf dem Isolierfilm zeigt; 4 Fig. 12 is a graph showing a relationship between a film thickness and the resistivity of the zirconium nitride film on the insulating film;

5 ist ein Graph, der eine Beziehung zwischen der Filmdicke und dem spezifischen Widerstand des Zirkoniumnitridfilms auf dem Metallfilm zeigt; 5 Fig. 12 is a graph showing a relationship between the film thickness and the resistivity of the zirconium nitride film on the metal film;

6A bis 6L sind Schnittansichten, die ein Halbleitervorrichtungsherstellungsverfahren gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen; 6A to 6L 10 are sectional views showing a semiconductor device manufacturing method according to a second embodiment of the present invention;

7 ist ein Graph, der Widerstandsveränderungen der Verdrahtung durch das Annealen der Kupferverdrahtung und der leitfähigen Kappenschicht, die auf ihr gebildet ist, in der Halbleitervorrichtung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt; 7 FIG. 12 is a graph of resistance changes of the wiring by annealing the copper wiring and the conductive cap layer formed thereon in FIG Semiconductor device according to the embodiment of the present invention;

8A bis 8C sind Ansichten, die jeweilig eine Beziehung zwischen einer Filmdicke einer ZrN-Kappenschicht auf der Kupferverdrahtung und einem Verdrahtungswiderstand in der Halbleitervorrichtung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen; und 8A to 8C FIG. 15 is views each showing a relationship between a film thickness of a ZrN cap layer on the copper wiring and a wiring resistance in the semiconductor device according to the embodiment of the present invention; FIG. and

9A bis 9E sind Schnittansichten, die ein Halbleitervorrichtungsherstellungsverfahren gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen. 9A to 9E 10 are sectional views showing a semiconductor device manufacturing method according to a third embodiment of the present invention.

10A bis 10E sind Schnittansichten, die ein Halbleitervorrichtungsherstellungsverfahren gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen. 10A to 10E 10 are sectional views showing a semiconductor device manufacturing method according to a fourth embodiment of the present invention.

EINGEHENDE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMENDETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS

Im folgenden werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen erläutert.Embodiments of the present invention will be explained below with reference to the accompanying drawings.

(Erste Ausführungsform)First Embodiment

2A bis 2F sind Schnittansichten, die Schritte zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen. 2A to 2F 10 are sectional views showing steps of manufacturing a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention.

Zuerst wird nun eine Struktur erläutert, die in 2A gezeigt ist.First, a structure will be explained below 2A is shown.

Eine Elementtrennisolierschicht 2 ist auf einem p-Typ-Silizium-(Halbleiter)-Substrat 1 gebildet, um eine Zone von aktiven Elementen zu umgeben. Ein MOS-Transistor 3 ist in der Zone der aktiven Elemente gebildet. Der MOS-Transistor 3 hat eine Gateelektrode 3b, die auf dem Siliziumsubstrat 1 mittels eines Gateisolierfilms 3a gebildet ist, und erste und zweite n-Typ-Verunreinigungsdiffusionsschichten 3c, 3d, die auf dem Siliziumsubstrat 1 jeweilig auf beiden Seiten der Gateelektrode 3b gebildet sind, um die LDD-Struktur zu erhalten. Ferner ist eine Isolierseitenwand 3e auf beiden Seitenoberflächen der Gateelektrode 3b gebildet.An element isolation insulation layer 2 is on a p-type silicon (semiconductor) substrate 1 formed to surround a zone of active elements. A MOS transistor 3 is formed in the zone of active elements. The MOS transistor 3 has a gate electrode 3b on the silicon substrate 1 by means of a gate insulating film 3a is formed, and first and second n-type impurity diffusion layers 3c . 3d on the silicon substrate 1 respectively on both sides of the gate electrode 3b are formed to obtain the LDD structure. Furthermore, an insulating side wall 3e on both side surfaces of the gate electrode 3b educated.

Ein erster Zwischenschichtisolierfilm 4 aus SiO2 ist auf dem Siliziumsubstrat 1 gebildet, um den MOS-Transistor 3 zu bedecken. Ein erstes Kontaktloch 4a und ein zweites Kontaktloch 4b sind in dem ersten Zwischenschichtisolierfilm 4 auf der ersten n-Typ-Verunreinigungsdiffusionsschicht 3c bzw. der zweiten n-Typ-Verunreinigungsdiffusionsschicht 3d gebildet.A first interlayer insulating film 4 SiO 2 is on the silicon substrate 1 formed to the MOS transistor 3 to cover. A first contact hole 4a and a second contact hole 4b are in the first interlayer insulating film 4 on the first n-type impurity diffusion layer 3c and the second n-type impurity diffusion layer, respectively 3d educated.

Ein erster leitfähiger Stecker 5a und ein zweiter leitfähiger Stecker 5b sind in den ersten bzw. zweiten Kontaktlöchern 4a, 4b vergraben. Die ersten und zweiten leitfähigen Stecker 5a, 5b haben eine doppelschichtige Struktur, die aus einem Titannitridfilm bzw. einem Wolframfilm gebildet ist.A first conductive plug 5a and a second conductive plug 5b are in the first and second contact holes 4a . 4b buried. The first and second conductive plugs 5a . 5b have a double-layered structure formed of a titanium nitride film and a tungsten film, respectively.

Eine Erstschicht-Verdrahtung 7, die mit dem zweiten leitfähigen Stecker 5b verbunden ist und aus Aluminium hergestellt ist, ist auf dem ersten Zwischenschichtisolierfilm 4 gebildet. Ferner ist ein zweiter Zwischenschichtisolierfilm 8 aus irgendeinem von SiO2, BPSG, PSG, etc., auf dem ersten Zwischenschichtisolierfilm 4 und der Erstschicht-Verdrahtung 7 gebildet. Ein Kontaktloch 8a ist in dem zweiten Zwischenschichtisolierfilm 8 auf dem ersten leitfähigen Stecker 5a gebildet. Ein dritter leitfähiger Stecker 9, der eine doppelschichtige Struktur hat, die den Titannitridfilm und den Wolframfilm umfaßt, ist in dem Kontaktloch 8a vergraben.A first-layer wiring 7 connected to the second conductive plug 5b is connected and made of aluminum is on the first Zwischenschichtisolierfilm 4 educated. Further, a second interlayer insulating film is 8th of any of SiO 2 , BPSG, PSG, etc., on the first interlayer insulating film 4 and first-layer wiring 7 educated. A contact hole 8a is in the second interlayer insulating film 8th on the first conductive plug 5a educated. A third conductive plug 9 which has a double-layered structure comprising the titanium nitride film and the tungsten film is in the contact hole 8a buried.

Der zweite Zwischenschichtisolierfilm 8 und der dritte leitfähige Stecker 9 sind mit einem dritten Zwischenschichtisolierfilm 10 bedeckt, der eine Dicke von 350 nm hat und aus SiO2 ist. Dann sind ein erster Verdrahtungsgraben 10a und ein zweiter Verdrahtungsgraben 10b in dem dritten Zwischenschichtisolierfilm 10 gebildet.The second interlayer insulating film 8th and the third conductive plug 9 are with a third interlayer insulating film 10 covered, which has a thickness of 350 nm and is made of SiO 2 . Then there is a first wiring ditch 10a and a second wiring trench 10b in the third interlayer insulating film 10 educated.

Der erste Verdrahtungsgraben 10a hat eine Form, von der ein Teil den dritten leitfähigen Stecker 9 überlappt. Eine erste Kupferverdrahtung 12a mit einer mehrschichtigen Struktur, die eine Barrierenmetallschicht 11a aus Tantal, Tantalnitrid, Titannitrid oder dergleichen und eine Kupferschicht 11b umfaßt, ist in dem ersten Verdrahtungsgraben 10a gebildet. Ferner ist eine zweite Kupferverdrahtung 12b mit derselben Schichtstruktur wie die erste Kupferverdrahtung 12a in dem zweiten Verdrahtungsgraben 10b gebildet.The first wiring ditch 10a has a shape, part of which is the third conductive plug 9 overlaps. A first copper wiring 12a with a multi-layered structure comprising a barrier metal layer 11a of tantalum, tantalum nitride, titanium nitride or the like and a copper layer 11b is in the first wiring trench 10a educated. Further, a second copper wiring 12b with the same layer structure as the first copper wiring 12a in the second wiring trench 10b educated.

Nachdem die ersten und zweiten Kupferverdrahtungen 12a, 12b wie oben beschrieben gebildet sind, wird eine erste Kappenschicht 13 aus Zirkoniumnitrid (ZrN), wie in 2B gezeigt, auf dem dritten Zwischenschichtisolierfilm 10 und den ersten und zweiten Kupferverdrahtungen 12a, 12b gebildet. Die Bildung des Zirkoniumnitrids kann durch das CVD-Verfahren unter Verwendung von Tetrakisdiethylaminozirkonium (Zr{N(C2H5)2}4; TDEAZ) oder das PVD-Verfahren wie etwa das Sputtern, die Verdampfung oder dergleichen ausgeführt werden.After the first and second copper wiring 12a . 12b formed as described above, a first cap layer 13 zirconium nitride (ZrN), as in 2 B shown on the third interlayer insulating film 10 and the first and second copper wirings 12a . 12b educated. The formation of the zirconium nitride can be carried out by the CVD method using tetrakisdiethylaminozirconium (Zr {N (C 2 H 5 ) 2 } 4 ; TDEAZ) or the PVD method such as sputtering, evaporation or the like.

Die ZrN-Kappenschicht 13 wird gebildet, um eine Dicke zu haben, die größer als 0 nm aber kleiner als 20 nm ist. Solch eine ZrN-Kappenschicht 13 dient als Schicht mit niedrigem Widerstand 13a, deren spezifischer Widerstand kleiner als etwa 300 μΩ·cm ist, in der Zone, wo die ZrN-Kappenschicht 13 die Barrierenmetallschicht 11a und die Kupferschicht 11b kontaktiert, die die ersten und zweiten Kupferverdrahtungen 12a, 12b umfassen, und als Schicht mit hohem Widerstand 13b, deren spezifischer Widerstand über mehreren Tausend μΩ·cm oder über Zigtausenden μΩ·cm liegt, in der Zone, wo die ZrN-Kappenschicht 13 den dritten Zwischenschichtisolierfilm 10 kontaktiert, der aus SiO2 gebildet ist. Deren Einzelheiten werden später beschrieben.The ZrN cap layer 13 is formed to have a thickness larger than 0 nm but smaller than 20 nm. Such a ZrN cap layer 13 serves as a low resistance layer 13a , whose resistivity is less than about 300 μΩ · cm, in the zone where the ZrN capping layer 13 the barrier metal layer 11a and the copper layer 11b contacted the first and second copper wires 12a . 12b and as a high resistance layer 13b whose resistivity is greater than several thousand μΩ · cm or over tens of thousands μΩ · cm, in the zone where the ZrN cap layer 13 the third interlayer insulating film 10 contacted, which is formed of SiO 2 . Their details will be described later.

Dann wird, wie in 2C gezeigt, ein vierter Zwischenschichtisolierfilm 14 mit einer Dicke von 350 nm aus SiO2 auf der ZrN-Kappenschicht 13 durch das CVD-Verfahren gebildet. Und ein Siliziumnitridfilm 15 mit einer Dicke von 50 nm wird auf dem vierten Zwischenschichtisolierfilm 14 durch CVD gebildet. Ferner wird ein fünfter Zwischenschichtisolierfilm 16 mit einer Dicke von 300 nm aus SiO2 auf dem Siliziumnitridfilm 15 gebildet. In diesem Fall kann ein Zirkoniumnitridfilm mit einer Dicke von unter 20 nm anstelle des Siliziumnitridfilms 15 verwendet werden.Then, as in 2C a fourth interlayer insulating film is shown 14 with a thickness of 350 nm of SiO 2 on the ZrN cap layer 13 formed by the CVD method. And a silicon nitride film 15 with a thickness of 50 nm is formed on the fourth interlayer insulating film 14 formed by CVD. Further, a fifth interlayer insulating film becomes 16 with a thickness of 300 nm of SiO 2 on the silicon nitride film 15 educated. In this case, a zirconium nitride film having a thickness of less than 20 nm may be used in place of the silicon nitride film 15 be used.

Danach wird, wie in 2D gezeigt, der fünfte Zwischenschichtisolierfilm 16 gemustert, so daß ein dritter Verdrahtungsgraben 16a gebildet wird, von dem ein Teil die erste Kupferverdrahtung 12a überlappt, und gleichzeitig wird ein vierter Verdrahtungsgraben 16b gebildet, von dem ein Teil die zweite Kupferverdrahtung 12b überlappt. Auch der vierte Zwischenschichtisolierfilm 14 wird gemustert, so daß ein erstes Durchgangsloch 14a in der Zone gebildet wird, in der der dritte Verdrahtungsgraben 16a die erste Kupferverdrahtung 12a überlappt, und gleichzeitig wird ein zweites Durchgangsloch 14b in der Zone gebildet, in der der vierte Verdrahtungsgraben 16b die zweite Kupferverdrahtung 12b überlappt.After that, as in 2D Shown is the fifth interlayer insulating film 16 patterned, leaving a third wiring ditch 16a part of which is the first copper wiring 12a overlaps, and at the same time becomes a fourth wiring ditch 16b part of which is the second copper wiring 12b overlaps. Also the fourth interlayer insulating film 14 is patterned, so that a first through hole 14a is formed in the zone in which the third wiring trench 16a the first copper wiring 12a overlaps, and at the same time becomes a second through hole 14b formed in the zone in which the fourth wiring trench 16b the second copper wiring 12b overlaps.

Die Reihenfolge der Bildung der ersten und zweiten Durchgangslöcher 14a, 14b und der Bildung der dritten und vierten Verdrahtungsgräben 16a, 16b kann beliebig selektiert werden. Der Siliziumnitridfilm 15 kann als Ätzstopperschicht zu der Zeit fungieren, wenn die dritten und vierten Verdrahtungsgräben 16a, 16b gebildet werden.The order of formation of the first and second through holes 14a . 14b and forming the third and fourth wiring trenches 16a . 16b can be selected arbitrarily. The silicon nitride film 15 may act as an etch stopper layer at the time when the third and fourth wiring trenches 16a . 16b be formed.

Diese Durchgangslöcher 14a, 14b werden jeweilig auf den Erstschicht-Kupferverdrahtungen 12a, 12b gebildet, um die Schicht mit niedrigem Widerstand 13a der ZrN-Kappenschicht 13 zu exponieren.These through holes 14a . 14b are respectively on the first layer copper wiring 12a . 12b formed around the low resistance layer 13a the ZrN cap layer 13 to expose.

Dann wird, wie in 2E gezeigt, eine Barrierenmetallschicht 17 mit einer Dicke von 5 bis 10 nm auf inneren peripheren Oberflächen und Bodenflächen der ersten und zweiten Durchgangslöcher 14a, 14b und der dritten und vierten Verdrahtungsgräben 16a, 16b bzw. auf der oberen Fläche des fünften Zwischenschichtisolierfilms 16 gebildet. Die Barrierenmetallschicht 17 wird durch das Sputterverfahren gebildet und zum Beispiel aus irgendeinem von Tantal (Ta), Tantalnitrid (TaN) und deren laminiertem Film oder Titannitrid (TiN) hergestellt.Then, as in 2E shown a barrier metal layer 17 with a thickness of 5 to 10 nm on inner peripheral surfaces and bottom surfaces of the first and second through holes 14a . 14b and the third and fourth wiring trenches 16a . 16b or on the upper surface of the fifth interlayer insulating film 16 educated. The barrier metal layer 17 is formed by the sputtering method and made of any of tantalum (Ta), tantalum nitride (TaN) and their laminated film or titanium nitride (TiN), for example.

Zusätzlich wird eine Kupferkeimschicht 18 auf der Barrierenmetallschicht 17 durch das Sputterverfahren gebildet, um eine Dicke von 30 bis 100 nm zu haben.In addition, a copper seed layer 18 on the barrier metal layer 17 formed by the sputtering method to have a thickness of 30 to 100 nm.

Dann wird eine Kupferschicht 19 auf der Kupferkeimschicht 18 durch elektrolytisches Plattieren gebildet, wodurch die dritten und vierten Verdrahtungsgräben 16a, 16b und die ersten und zweiten Durchgangslöcher 14a, 14b vollständig vergraben werden. Hier bildet die Kupferkeimschicht 18 einen Teil der Kupferschicht 19.Then a copper layer 19 on the copper seed layer 18 formed by electrolytic plating, whereby the third and fourth wiring trenches 16a . 16b and the first and second through holes 14a . 14b be completely buried. Here is the copper seed layer 18 a part of the copper layer 19 ,

Dann werden, wie in 2F gezeigt, die Kupferschicht 19 und die Barrierenmetallschicht 17, die auf dem fünften Zwischenschichtisolierfilm 16 gebildet sind, durch das CMP-Verfahren entfernt. Daher werden die Kupferschicht 19, die Kupferkeimschicht 18 und die Barrierenmetallschicht 17, die in den ersten und zweiten Durchgangslöchern 14a, 14b verblieben sind, als erste bzw. zweite Durchgänge 20a, 20b verwendet. Ferner werden die Kupferschicht 19 und die Barrierenmetallschicht 17, die in den dritten und vierten Verdrahtungsgräben 16a, 16b verblieben sind, als dritte bzw. vierte Kupferverdrahtungen 21a, 21b verwendet.Then, as in 2F shown the copper layer 19 and the barrier metal layer 17 deposited on the fifth interlayer insulating film 16 are formed, removed by the CMP method. Therefore, the copper layer 19 , the copper seed layer 18 and the barrier metal layer 17 in the first and second through holes 14a . 14b remain as first or second passages 20a . 20b used. Furthermore, the copper layer 19 and the barrier metal layer 17 that in the third and fourth wiring trenches 16a . 16b remain as third and fourth copper wirings 21a . 21b used.

Die dritte Kupferverdrahtung 21a ist mit der ersten Kupferverdrahtung 12a über den ersten Durchgang 20a und die Kappenschicht 13 elektrisch verbunden. Ferner ist die vierte Kupferverdrahtung 21b mit der zweiten Kupferverdrahtung 12b über den zweiten Durchgang 20b und die Kappenschicht 13 elektrisch verbunden.The third copper wiring 21a is with the first copper wiring 12a over the first passage 20a and the cap layer 13 electrically connected. Further, the fourth copper wiring 21b with the second copper wiring 12b over the second passage 20b and the cap layer 13 electrically connected.

Nachdem eine Zweitschicht-Kappenschicht (nicht gezeigt), die aus demselben Material wie die obige Kappenschicht 13 gebildet ist und eine Dicke von weniger als 20 nm hat, auf den dritten und vierten Kupferverdrahtungen 21a, 21b und dem fünften Zwischenschichtisolierfilm 16 gebildet ist, kann zusätzlich die Kupferverdrahtung mit der mehrschichtigen Struktur auf dem zweiten Zwischenschichtisolierfilm 8 gebildet werden, indem die Bildungen des Zwischenschichtisolierfilms, der Kupferverdrahtung und des Durchgangs entsprechend den obigen Schritten wiederholt werden.Having a second layer cap layer (not shown) made of the same material as the above cap layer 13 is formed and has a thickness of less than 20 nm, on the third and fourth copper wirings 21a . 21b and the fifth interlayer insulating film 16 In addition, the copper wiring having the multilayer structure may be formed on the second interlayer insulating film 8th by repeating the formations of the interlayer insulating film, the copper wiring and the via according to the above steps.

Indessen sind die ersten und zweiten Durchgänge 20a, 20b mit den ersten bzw. zweiten Kupferverdrahtungen 12a, 12b durch die Schicht mit niedrigem Widerstand 13a der ZrN-Kappenschicht 13 verbunden, die eine Dicke von unter 20 nm hat. Da die ZrN-Kappenschicht 13 in diesem Fall auf dem dritten Zwischenschichtisolierfilm 10, der aus SiO2 ist, als Schicht mit hohem Widerstand 13b dient, werden die dritte Kupferverdrahtung 21a und die vierte Kupferverdrahtung 21b durch die ZrN-Kappenschicht 13 nie kurzgeschlossen. Da das Zirkoniumnitrid chemisch stabil ist und weniger als Kupfer oxidiert, ist es zusätzlich nicht möglich, daß die ZrN-Kappenschicht 13 oxidiert oder korrodiert, auch wenn solch eine Schicht durch das Durchgangsloch und den Verdrahtungsgraben exponiert wird. Daher kann die ZrN-Kappenschicht 13 als leitfähiger/isolierender Schutzfilm dienen, der die Oxidation und die Korrosion der Kupferverdrahtung und des Kupferdurchgangs verhindert.However, the first and second passes are 20a . 20b with the first and second copper wirings, respectively 12a . 12b through the low resistance layer 13a the ZrN cap layer 13 connected, which has a thickness of less than 20 nm. Because the ZrN cap layer 13 in this case, on the third interlayer insulating film 10 made of SiO 2 as a high resistance layer 13b serves, become the third copper wiring 21a and the fourth copper wiring 21b through the ZrN cap layer 13 never shorted. Because the zirconium nitride is chemically stable and oxidizes less than copper, it is additionally not possible that the ZrN cap layer 13 oxidized or corroded, even if such a layer is exposed through the through hole and the wiring trench. Therefore, the ZrN cap layer 13 serve as a conductive / insulating protective film that prevents oxidation and corrosion of the copper wiring and copper passage.

Die Tatsache, daß der Wert des elektrischen Widerstandes des Zirkoniumnitridfilms von dem Material der darunterliegenden Schicht abhängt, wird im folgenden erläutert.The fact that the value of the electrical resistance of the zirconium nitride film depends on the material of the underlying layer will be explained below.

Zuerst werden, wie in 3 gezeigt, ein Isolierfilm 31 mit einer Dicke von 100 nm aus SiO2 und ein Metallfilm 32 mit einer Dicke von 50 nm aus Titannitrid (TiN) sequentiell auf einem Siliziumwafer 30 gebildet, und dann wird ein Teil des Isolierfilms 31 durch Mustern des Metallfilms 32 exponiert. Dann wird ein Zirkoniumnitrid-(ZrN)-Film 33 auf dem Isolierfilm 31 und dem Metallfilm 32 durch das CVD-Verfahren gebildet. Als Material, das zum Bilden des Zirkoniumnitridfilms 33 durch das CVD-Verfahren verwendet wird, werden TDEAZ und Ammoniak (NH3) eingesetzt. Ferner wird die Temperatur des Siliziumwafers 30 auf 380°C eingestellt, wenn der Zirkoniumnitridfilm 33 wachsen soll.First, as in 3 shown an insulating film 31 with a thickness of 100 nm of SiO 2 and a metal film 32 with a thickness of 50 nm of titanium nitride (TiN) sequentially on a silicon wafer 30 formed, and then becomes a part of the insulating film 31 by patterning the metal film 32 exposed. Then, a zirconium nitride (ZrN) film 33 on the insulating film 31 and the metal film 32 formed by the CVD method. As a material used to form the zirconium nitride film 33 used by the CVD method, TDEAZ and ammonia (NH 3 ) are used. Further, the temperature of the silicon wafer becomes 30 set to 380 ° C when the zirconium nitride film 33 should grow.

Wenn eine Beziehung zwischen der Filmdicke und dem spezifischen Widerstand des Zirkoniumnitridfilms 33, der auf dem SiO2-Isolierfilm 31 gebildet ist, geprüft wird, während die Filmdicke des ZrN-Films 33 verändert wird, der unter solchen Bedingungen gebildet wird, werden Resultate erhalten, die in 4 gezeigt sind. Gemäß 4 beträgt der spezifische Widerstand des Zirkoniumnitridfilms 33 etwa 3300 μΩ·cm, wenn die Filmdicke 20 nm beträgt, und der spezifische Widerstand nimmt abrupt zu, wenn die Filmdicke kleiner als etwa 18,7 nm ist, und der spezifische Widerstand erreicht 10000 μΩ·cm, wenn die Filmdicke 17,8 nm ist. Selbst wenn hierbei ein Siliziumoxidnitridfilm, ein Siliziumnitridfilm oder ein Siliziumoxidfluoridfilm als Isolierfilm 31 verwendet wird, können ähnliche Resultate erhalten werden.When a relationship between the film thickness and the resistivity of the zirconium nitride film 33 that on the SiO 2 insulating film 31 is formed, while the film thickness of the ZrN film 33 obtained under such conditions, results obtained in 4 are shown. According to 4 is the resistivity of the zirconium nitride film 33 about 3300 μΩ · cm when the film thickness is 20 nm, and the resistivity increases abruptly when the film thickness is smaller than about 18.7 nm, and the resistivity reaches 10000 μΩ · cm when the film thickness is 17.8 nm is. Even if a silicon oxide nitride film, a silicon nitride film or a silicon oxide fluoride film is used as the insulating film 31 is used, similar results can be obtained.

Wenn eine Beziehung zwischen der Filmdicke und dem spezifischen Widerstand des Zirkoniumnitridfilms geprüft wird, der auf dem TiN-Metallfilm 32 gebildet ist, können demgegenüber Resultate erhalten werden, die in 5 gezeigt sind. Falls der Kupferfilm als Metallfilm 32 verwendet wird, werden ähnliche Resultate erreicht.When examining a relationship between the film thickness and the resistivity of the zirconium nitride film on the TiN metal film 32 On the other hand, results obtained in 5 are shown. If the copper film as a metal film 32 is used, similar results are achieved.

Falls der Zirkoniumnitridfilm 33 auf dem Isolierfilm 31 gebildet ist, um die Dicke von unter 20 nm zu haben, nimmt der spezifische Widerstand gemäß 4 zu, um den Isolierfilm zu ergeben, dessen spezifischer Widerstand mehr als einige Tausend μΩ·cm beträgt. Selbst wenn die Filmdicke des Zirkoniumnitridfilms 33 unter 20 nm liegt, dient der Zirkoniumnitridfilm 33, der auf dem Metallfilm 32 gebildet ist, im Gegensatz dazu als leitfähiger Film, dessen spezifischer Widerstand weniger als etwa 300 μΩ cm beträgt.If the zirconium nitride film 33 on the insulating film 31 is formed to have the thickness of less than 20 nm, the resistivity increases according to 4 to give the insulating film whose resistivity is more than several thousand μΩ · cm. Even if the film thickness of the zirconium nitride film 33 is below 20 nm, the zirconium nitride film serves 33 on the metal film 32 in contrast, as a conductive film whose resistivity is less than about 300 μΩ · cm.

Als Resultat versteht sich, daß der spezifische Widerstand des Zirkoniumnitridfilms von dem Material des darunterliegenden Films abhängt. Diese Erscheinung ist in dem Fall ähnlich, wenn der Zirkoniumnitridfilm nicht durch das CVD-Verfahren gebildet wird, sondern durch das PVD-Verfahren wie etwa das Sputtern, die Verdampfung oder dergleichen.As a result, it is understood that the specific resistance of the zirconium nitride film depends on the material of the underlying film. This phenomenon is similar in the case where the zirconium nitride film is formed not by the CVD method but by the PVD method such as sputtering, evaporation or the like.

In diesem Fall kann als Kappenschicht 13 zum Beispiel ein Film aus irgendeiner Substanz von der Zirkoniumnitridverbindung, den drei nicht erfindungsgemäßen Zirkonium, Titan, Hafnium, der drei nicht erfindungsgemäßen Zirkoniumverbindung, Titanverbindung oder Hafniumverbindung anstelle des Zirkoniumnitrids gebildet werden, um eine Dicke zu haben, die größer als 0 nm aber kleiner als 20 nm ist. Falls die Substanz, die die Kappenschicht 13 darstellt, durch das PVD-Verfahren wie etwa das Sputtern, etc., gebildet wird, ist es vorzuziehen, solch eine Substanz auf dem dritten Zwischenschichtisolierfilm 10 unter Verwendung des Sauerstoffs in dem dritten Zwischenschichtisolierfilm 10 durch Annealen der gebildeten Substanz bei der Temperatur von zum Beispiel nahezu 400°C zu oxidieren, um den elektrischen Widerstand zu erhöhen. Falls die Oxidation der Substanz, die die Kappenschicht 13 darstellt, auf den Kupferverdrahtungen 12a, 12b völlig verhindert werden muß, ist es ferner vorzuziehen, die Kappenschicht 13 mit oberen Abschnitten der ersten und zweiten Kupferverdrahtungen (Kupfermuster) 12a, 12b zu legieren.In this case, as a cap layer 13 For example, a film of any substance of the zirconium nitride compound formed by three non-inventive zirconium, titanium, hafnium, three non-inventive zirconium compound, titanium compound or hafnium compound in place of the zirconium nitride to have a thickness larger than 0 nm but smaller than 20 nm is. If the substance is the cap layer 13 is formed by the PVD method such as sputtering, etc., it is preferable to form such a substance on the third interlayer insulating film 10 using the oxygen in the third interlayer insulating film 10 by annealing the formed substance at the temperature of, for example, nearly 400 ° C to increase the electrical resistance. If the oxidation of the substance, the cap layer 13 represents, on the copper wiring 12a . 12b It is also preferable to use the cap layer 13 with upper portions of the first and second copper wirings (copper patterns) 12a . 12b to alloy.

Indessen wurde, nachdem der Siliziumoxidfilm mit einer Dicke von 100 nm und der Zirkoniumnitridfilm mit einer Dicke von 10 nm auf dem Siliziumwafer sequentiell gebildet waren, der Titannitrid-(TiN)-Film mit einer Dicke von 50 nm auf dem Zirkoniumnitridfilm bei der Wafertemperatur von 350°C durch das CVD-Verfahren unter Verwendung von Tetrakisdiethylaminotitan (TDEAT) und Ammoniak (NH3) gebildet. Als dann der spezifische Widerstand des Titannitridfilms gemessen wurde, wurden 200 μΩ·cm erhalten. Dadurch wurde festgestellt, daß der Widerstand des TiN-Films (Metallfilm), der auf dem Abschnitt, dessen Widerstand mehr zunimmt, des Zirkoniumnitridfilms gebildet ist, nicht weiter erhöht wird.Meanwhile, after the silicon oxide film having a thickness of 100 nm and the zirconium nitride film having a thickness of 10 nm were sequentially formed on the silicon wafer, the titanium nitride (TiN) film having a thickness of 50 nm was formed on the zirconium nitride film at the wafer temperature of 350 ° C formed by the CVD method using Tetrakisdiethylaminotitan (TDEAT) and ammonia (NH 3 ). Then, when the specific resistance of the titanium nitride film was measured, 200 μΩ · cm was obtained. As a result, it was found that the resistance of the TiN film (metal film) formed on the portion whose resistance is more increased than that of the zirconium nitride film is not further increased.

(Zweite Ausführungsform)Second Embodiment

In der ersten Ausführungsform ist die Kappenschicht 13, die aus ZrN, oder den nicht erfindungsgemäßen Zr, Hf oder dergleichen ist, auf den Kupferverdrahtungen 12a, 12b und dem dritten Zwischenschichtisolierfilm 10 gebildet. Falls die Kupferverdrahtungen 12a, 12b und die Kappenschicht 13 durch den Annealprozeß miteinander legiert werden, besteht die Möglichkeit, daß Kupferelemente von der Kappenschicht 13 in den dritten Zwischenschichtisolierfilm 10 und den vierten Zwischenschichtisolierfilm 14 diffundieren.In the first embodiment, the cap layer is 13 which is ZrN, or Zr, Hf or the like not according to the invention, on the copper wirings 12a . 12b and the third interlayer insulating film 10 educated. If the copper wiring 12a . 12b and the cap layer 13 alloyed together by the Annealprozeß, there is the possibility that copper elements of the cap layer 13 in the third interlayer insulating film 10 and the fourth interlayer insulating film 14 diffuse.

Deshalb werden im folgenden Schritte zum Bilden der Halbleitervorrichtung erläutert, welche die Struktur hat, durch die die Kupferdiffusion in die dritten und vierten Zwischenschichtisolierfilme 10, 14 unfehlbar verhindert werden kann.Therefore, steps for forming the semiconductor device having the structure by which the copper diffusion into the third and fourth interlayer insulating films are explained below 10 . 14 can be prevented infallibly.

6A bis 6L sind Schnittansichten, die Schritte zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen. In 6A bis 6L bezeichnen dieselben Symbole wie in 2A bis 2F dieselben Elemente. 6A to 6L 10 are sectional views showing steps of manufacturing a semiconductor device according to a second embodiment of the present invention. In 6A to 6L denote the same symbols as in 2A to 2F the same elements.

Im folgenden werden zuerst Schritte erläutert, die erforderlich sind, um die in 6A gezeigte Struktur zu bilden.The following steps will first explain the steps required to complete the in 6A To form shown structure.

Die Elementtrennisolierschicht 2 wird auf dem p-Typ-Siliziumsubstrat 1 gebildet, um die Zone der aktiven Elemente zu umgeben, und dann wird der MOS-Transistor 3 mit der Struktur, die in der ersten Ausführungsform gezeigt ist, in der Zone der aktiven Elemente gebildet.The element separation insulation layer 2 becomes on the p-type silicon substrate 1 is formed to surround the zone of the active elements, and then the MOS transistor 3 with the structure shown in the first embodiment is formed in the zone of the active elements.

Dann wird der erste Zwischenschichtisolierfilm 4 aus SiO2 auf dem Siliziumsubstrat 1 gebildet, um den MOS-Transistor 3 zu bedecken. Danach werden das erste Kontaktloch 4a und das zweite Kontaktloch 4b in dem ersten Zwischenschichtisolierfilm 4 auf der ersten n-Typ-Verunreinigungsdiffusionsschicht 3c bzw. der zweiten n-Typ-Verunreinigungsdiffusionsschicht 3d gebildet. Dann werden der erste leitfähige Stecker 5a und der zweite leitfähige Stecker 5b in dem ersten Kontaktloch 4a bzw. dem zweiten Kontaktloch 4b vergraben. Die ersten und zweiten leitfähigen Stecker 5a, 5b haben jeweilig die doppelschichtige Struktur, die den Titannitridfilm und den Wolframfilm umfaßt.Then, the first interlayer insulating film becomes 4 of SiO 2 on the silicon substrate 1 formed to the MOS transistor 3 to cover. After that, the first contact hole 4a and the second contact hole 4b in the first interlayer insulating film 4 on the first n-type impurity diffusion layer 3c and the second n-type impurity diffusion layer, respectively 3d educated. Then the first conductive plug 5a and the second conductive plug 5b in the first contact hole 4a or the second contact hole 4b buried. The first and second conductive plugs 5a . 5b each have the double-layered structure comprising the titanium nitride film and the tungsten film.

Dann wird die Erstschicht-Verdrahtung 7, die mit dem zweiten leitfähigen Stecker 5b verbunden ist und aus Aluminium ist, auf dem ersten Zwischenschichtisolierfilm 4 gebildet. Danach wird der zweite Zwischenschichtisolierfilm 8 auf dem ersten Zwischenschichtisolierfilm 4 und der Erstschicht-Verdrahtung 7 gebildet. Dann wird das Kontaktloch 8a in dem zweiten Zwischenschichtisolierfilm 8 auf dem ersten leitfähigen Stecker 5a gebildet, und danach wird der dritte leitfähige Stecker 9 mit der doppelschichtigen Struktur, die den Titannitridfilm und den Wolframfilm umfaßt, in dem Kontaktloch 8a vergraben.Then the first-layer wiring 7 connected to the second conductive plug 5b and is made of aluminum on the first interlayer insulating film 4 educated. Thereafter, the second interlayer insulating film becomes 8th on the first interlayer insulating film 4 and first-layer wiring 7 educated. Then the contact hole 8a in the second interlayer insulating film 8th on the first conductive plug 5a and thereafter becomes the third conductive plug 9 with the double-layered structure comprising the titanium nitride film and the tungsten film in the contact hole 8a buried.

In diesem Zustand wird der dritte Zwischenschichtisolierfilm 10, der eine Dicke von 300 nm hat und aus SiO2 ist, auf dem zweiten Zwischenschichtisolierfilm 8 und dem dritten leitfähigen Stecker 9 durch das CVD-Verfahren gebildet. Danach wird der Siliziumnitridfilm mit einer Dicke von 50 nm auf dem dritten Zwischenschichtisolierfilm 10 durch das CVD-Verfahren als isolierende erste Stopperschicht 40 gebildet.In this state, the third interlayer insulating film becomes 10 having a thickness of 300 nm and made of SiO 2 on the second interlayer insulating film 8th and the third conductive plug 9 formed by the CVD method. Thereafter, the silicon nitride film having a thickness of 50 nm is formed on the third interlayer insulating film 10 by the CVD method as an insulating first stopper layer 40 educated.

Danach wird das Resist 39 auf der ersten Stopperschicht 40 aufgetragen, und dann werden Öffnungsabschnitte 39a, 39b, die Verdrahtungsmuster haben, die über den dritten leitfähigen Stecker 9 verlaufen, durch Belichten/Entwickeln des Resists 39 gebildet.After that, the resist becomes 39 on the first stopper layer 40 applied, and then become opening sections 39a . 39b that have wiring patterns that over the third conductive plug 9 by exposing / developing the resist 39 educated.

Dann werden, wie in 6B und 6C gezeigt, die ersten und zweiten Verdrahtungsgräben 10a, 10b in der ersten Stopperschicht 40 und dem dritten Zwischenschichtisolierfilm 10 durch das Ätzen gebildet, wobei das Resist 39 als Maske verwendet wird. Der erste Verdrahtungsgraben 10a hat eine Form, von der ein Teil auf dem dritten leitfähigen Stecker 9 positioniert ist. In diesem Fall können die ersten und zweiten Verdrahtungsgräben 10a, 10b, wie in 6C gezeigt, durch Ätzen des dritten Zwischenschichtisolierfilms 10 gebildet werden, während die erste Stopperschicht 40, in der Öffnungen gebildet sind, als Maske verwendet wird.Then, as in 6B and 6C shown, the first and second wiring trenches 10a . 10b in the first stopper layer 40 and the third interlayer insulating film 10 formed by the etching, wherein the resist 39 is used as a mask. The first wiring ditch 10a has a shape of which a part on the third conductive plug 9 is positioned. In this case, the first and second wiring trenches 10a . 10b , as in 6C by etching the third interlayer insulating film 10 are formed while the first stopper layer 40 , in which openings are formed, is used as a mask.

Dann wird, wie in 6D gezeigt, die erste Barrierenmetallschicht 11a auf inneren peripheren Flächen und Bodenflächen der ersten und zweiten Verdrahtungsgräben 10a, 10b bzw. der oberen Fläche der ersten Stopperschicht 40 gebildet. Die Barrierenmetallschicht 11a wird durch das Sputterverfahren gebildet und zum Beispiel aus irgendeinem von Ta, TaN und ihrem laminierten Film oder TiN hergestellt.Then, as in 6D shown, the first barrier metal layer 11a on inner peripheral surfaces and bottom surfaces of the first and second wiring trenches 10a . 10b or the upper surface of the first stopper layer 40 educated. The barrier metal layer 11a is formed by the sputtering method and made of, for example, any of Ta, TaN and their laminated film or TiN.

Zusätzlich wird die Kupferkeimschicht 11s auf der Barrierenmetallschicht 11a durch das Sputterverfahren gebildet, um eine Dicke von 30 bis 100 nm zu haben.In addition, the copper seed layer becomes 11s on the barrier metal layer 11a formed by the sputtering method to have a thickness of 30 to 100 nm.

Danach wird, wie in 6E gezeigt, die Kupferschicht 11b auf der Kupferkeimschicht 11s durch das elektrolytische Plattierverfahren gebildet, wodurch die ersten und zweiten Verdrahtungsgräben 10a, 10b vollständig vergraben werden. In diesem Fall ist die Kupferkeimschicht 11s in der Kupferschicht 11b enthalten.After that, as in 6E shown the copper layer 11b on the copper seed layer 11s formed by the electrolytic plating process, whereby the first and second wiring trenches 10a . 10b be completely buried. In this case, the copper seed layer is 11s in the copper layer 11b contain.

Dann werden, wie in 6F gezeigt, die Kupferschicht 11b und die Barrierenmetallschicht 11a, die auf der oberen Fläche des dritten Zwischenschichtisolierfilms 10 gebildet sind, durch das CMP-Verfahren entfernt. Hierbei dient die erste Stopperschicht 40 als CMP-Stopper. Daher werden die Kupferschicht 11b und die Barrierenmetallschicht 11a, die in den ersten und zweiten Verdrahtungsgräben 10a, 10b verblieben sind, als erste bzw. zweite Kupferverdrahtungen 12a, 12b verwendet.Then, as in 6F shown the copper layer 11b and the barrier metal layer 11a formed on the upper surface of the third interlayer insulating film 10 are formed, removed by the CMP method. Here, the first stopper layer is used 40 as a CMP stopper. Therefore, the copper layer 11b and the barrier metal layer 11a located in the first and second wiring trenches 10a . 10b remain as the first and second copper wirings 12a . 12b used.

Nachdem die Erstschicht-Kupferverdrahtungen 12a, 12b wie oben gebildet sind, wird, wie in 6G gezeigt, die erste Kappenschicht 13 aus Zirkoniumnitrid (ZrN) auf der ersten Stopperschicht 40 und den ersten und zweiten Kupferverdrahtungen 12a, 12b gebildet. Diese erste Kappenschicht 13 wird durch das ZrN-Bildungsverfahren gebildet, das bei der ersten Ausführungsform erläutert wurde.After the first-layer copper wiring 12a . 12b As stated above, as in 6G shown the first cap layer 13 zirconium nitride (ZrN) on the first stopper layer 40 and the first and second copper wirings 12a . 12b educated. This first cap layer 13 is formed by the ZrN forming method explained in the first embodiment.

Die erste Kappenschicht 13 aus ZrN wird gebildet, wie in der ersten Ausführungsform erläutert, um eine Dicke zu haben, die größer als 0 nm aber kleiner als 20 nm ist. Solch eine ZrN-Kappenschicht 13 dient als Schicht mit niedrigem Widerstand 13a, deren spezifischer Widerstand kleiner als etwa 300 μΩ·cm ist, in der Zone, wo die ZrN-Kappenschicht 13 die Barrierenmetallschicht 11a und die Kupferschicht 11b kontaktiert, die die ersten und zweiten Kupferverdrahtungen 12a, 12b darstellen, und als Schicht mit hohem Widerstand 13b, deren spezifischer Widerstand über mehreren Tausend μΩ·cm oder über Zigtausenden μΩ·cm liegt, in der Zone, wo die ZrN-Kappenschicht 13 den dritten Zwischenschichtisolierfilm 10 kontaktiert, der aus SiO2 ist.The first cap layer 13 ZrN is formed as explained in the first embodiment to have a thickness larger than 0 nm but smaller than 20 nm. Such a ZrN cap layer 13 serves as a low resistance layer 13a , whose resistivity is less than about 300 μΩ · cm, in the zone where the ZrN capping layer 13 the barrier metal layer 11a and the copper layer 11b contacted the first and second copper wires 12a . 12b and as a high resistance layer 13b whose resistivity is greater than several thousand μΩ · cm or over tens of thousands μΩ · cm, in the zone where the ZrN cap layer 13 the third interlayer insulating film 10 contacted, which is made of SiO 2 .

Dann wird, wie in 6H gezeigt, eine isolierende zweite Kappenschicht 41, die die Kupferdiffusionsverhinderungsfunktion hat, auf der ersten Kappenschicht 13 gebildet. Als zweite Kappenschicht 41 wird eine Isolierschicht aus Siliziumkarbid (SiC), Siliziumnitrid (SiN) oder einer Substanz, die jene als Basiselement enthält, eine Isolierschicht aus Siliziumkarbidoxid (SiCO), Siliziumoxidnitrid (SiON) oder einer Substanz, die jene als Basiselement enthält, oder dergleichen durch das plasmaunterstützte chemische Dampfabscheidungsverfahren (PE-CVD-Verfahren) gebildet, um eine Dicke von 20 bis 100 nm zu haben.Then, as in 6H shown an insulating second cap layer 41 having the copper diffusion preventing function on the first cap layer 13 educated. As second cap layer 41 For example, an insulating film of silicon carbide (SiC), silicon nitride (SiN), or a substance containing as a base member, an insulating film of silicon carbide oxide (SiCO), silicon oxynitride (SiON) or a substance containing the same as a base member, or the like by the plasma assisted chemical vapor deposition (PE-CVD) method to have a thickness of 20 to 100 nm.

Typischerweise erfolgt das Wachsen dieser Isolierschichten, die die zweite Kappenschicht 41 bilden, unter Verwendung der PE-CVD-Vorrichtung des Parallelplattentyps, des weiteren durch Einleiten des Materialgases in die Vakuumkammer, in der das Siliziumsubstrat 1 angeordnet ist, durch den Duschkopf, dann durch Einstellen der Substrattemperatur auf 350 bis 400°C am Sockel und dann durch Anwenden der Hochfrequenzenergie, deren Leistung 300 bis 600 W beträgt und deren Frequenz sich auf 13,56 MHz beläuft, auf die Elektrode, die dem Substrat gegenüberliegt.Typically, the growth of these insulating layers takes place, the second cap layer 41 Further, by using the material gas in the vacuum chamber in which the silicon substrate is formed by using the PE-CVD apparatus of the parallel plate type 1 is arranged through the shower head, then by setting the substrate temperature at 350 to 400 ° C at the base, and then applying the high frequency power whose power is 300 to 600 W and whose frequency is 13.56 MHz to the electrode, the opposite the substrate.

Bei der Bildung des Siliziumkarbids wird das organische Silan, das hauptsächlich aus Methylsilan gebildet ist, als Material verwendet, und ferner werden Methan, Ammoniak, Stickstoff, Helium, etc., hinzugefügt, falls es erforderlich ist.In the formation of the silicon carbide, the organic silane composed mainly of methylsilane is used as the material, and further, methane, ammonia, nitrogen, helium, etc. are added if necessary.

Ferner wird bei der Bildung des Siliziumkarbidoxids die Sauerstoffquelle wie etwa der Sauerstoff, das Stickstoffmonoxid, etc., zu dem Gas hinzugefügt, das verwendet wird, um das Siliziumkarbid zu bilden. Falls der Sauerstoff zu dem Isolierfilm hinzugefügt wird, ist normalerweise der Vorteil zu verzeichnen, daß die Dielektrizitätskonstante des Films verringert werden kann und daher die Adhäsion zwischen den Isolierfilmen verbessert werden kann, aber die Funktion als Kupferdiffusionsverhinderungsfilm wird verringert.Further, in the formation of the silicon carbide oxide, the oxygen source such as oxygen, nitrogen monoxide, etc. is added to the gas used to form the silicon carbide. If the oxygen is added to the insulating film, there is usually an advantage that the dielectric constant of the film can be reduced and therefore the adhesion between the insulating films can be improved, but the function as a copper diffusion preventing film is reduced.

Bei der Bildung des Siliziumnitrids wächst solches Siliziumnitrid durch das PE-CVD-Verfahren, wie auch der Siliziumkarbidisolierfilm. In diesem Fall wird typischerweise Silangas wie etwa SiH4, Si2H6, etc., als Siliziummaterialgas verwendet, und das Siliziumnitrid kann auch unter Verwendung des organischen Silangases gebildet werden. Stickstoff oder Ammoniak werden der Atmosphäre zum Wachsen als Stickstoffzufuhrquelle zusammen mit dem Siliziummaterialgas zugeführt. Bei der Bildung des Siliziumoxidnitrids wird die Sauerstoffquelle wie etwa Sauerstoff, das Stickstoffmonoxid zu dem Gas hinzugefügt, das zum Wachsen von Siliziumnitrid verwendet wird.In the formation of the silicon nitride, such silicon nitride grows by the PE-CVD method as well as the silicon carbide insulating film. In this case, silane gas such as SiH 4 , Si 2 H 6 , etc. is typically used as the silicon material gas, and the silicon nitride can also be formed by using the organic silane gas. Nitrogen or ammonia is supplied to the atmosphere for growth as a nitrogen supply source together with the silicon material gas. In the formation of the silicon oxide nitride, the oxygen source such as oxygen, the nitrogen monoxide is added to the gas used to grow silicon nitride.

Dann wird die zweite Kappenschicht 41 unter solchen Bedingungen gebildet. Danach werden, wie in 6I gezeigt, ein vierter zwischenschichtisolierfilm 42, der eine Dicke von 600 nm hat und aus SiO2 ist, und eine zweite Stopperschicht 43, die eine Dicke von 50 nm hat und aus Siliziumnitrid ist, sequentiell auf der zweiten Kappenschicht 41 durch das CVD-Verfahren gebildet.Then the second cap layer 41 formed under such conditions. After that, as in 6I a fourth interlayer insulating film is shown 42 which has a thickness of 600 nm and is made of SiO 2 , and a second stopper layer 43 which has a thickness of 50 nm and is of silicon nitride, sequentially on the second cap layer 41 formed by the CVD method.

Anschließend werden, wie in 6J gezeigt, die zweite Stopperschicht 43, der vierte Zwischenschichtisolierfilm 42 und die zweite Kappenschicht 41 gemustert, so daß erste und zweite Durchgangslöcher 41a, 41b zum Exponieren der Schicht mit niedrigem Widerstand 13a der ersten Kappenschicht 13 in der zweiten Stopperschicht 43, dem vierten Zwischenschichtisolierfilm 42 und der zweiten Kappenschicht 41 gebildet werden, und ferner werden dritte und vierte Verdrahtungsgräben 42a, 42b, die die ersten bzw. zweiten Durchgangslöcher 41a, 41b überlappen, in der zweiten Stopperschicht 43 und dem vierten Zwischenschichtisolierfilm 42 gebildet. Die dritten und vierten Verdrahtungsgräben 42a, 42b werden gebildet, um eine Tiefe von etwa 350 nm ab der oberen Fläche der zweiten Stopperschicht 43 zu haben.Subsequently, as in 6J shown, the second stopper layer 43 , the fourth interlayer insulating film 42 and the second cap layer 41 patterned so that first and second through holes 41a . 41b for exposing the low resistance layer 13a the first cap layer 13 in the second stopper layer 43 , the fourth interlayer insulating film 42 and the second cap layer 41 Further, third and fourth wiring trenches are formed 42a . 42b that the first and second through holes 41a . 41b overlap, in the second stopper layer 43 and the fourth interlayer insulating film 42 educated. The third and fourth wiring trenches 42a . 42b are formed to a depth of about 350 nm from the upper surface of the second stopper layer 43 to have.

Es kann beliebig selektiert werden, welche von der Bildung der ersten und zweiten Durchgangslöcher 41a, 41b und der Bildung der dritten und vierten Verdrahtungsgräben 42a, 42b früher ausgeführt werden soll, und separate Resistmuster werden jeweilig als Maske verwendet. Falls die Ätzstopperschicht wie etwa die Siliziumnitridschicht in der Mitte des vierten Zwischenschichtisolierfilms gebildet ist, können die ersten und zweiten Durchgangslöcher 41a, 41b und die dritten und vierten Verdrahtungsgräben 42a, 42b durch die Schritte gebildet werden, die der ersten Ausführungsform ähnlich sind. Die Bildung der Ätzstopperschicht in dem vierten Zwischenschichtisolierfilm kann in folgenden Ausführungsformen zum Einsatz kommen.It can be arbitrarily selected, which of the formation of the first and second through holes 41a . 41b and forming the third and fourth wiring trenches 42a . 42b executed earlier and separate resist patterns are respectively used as a mask. If the etching stopper layer such as the silicon nitride layer is formed in the middle of the fourth interlayer insulating film, the first and second through holes may be formed 41a . 41b and the third and fourth wiring trenches 42a . 42b are formed by the steps similar to the first embodiment. The formation of the etching stopper layer in the fourth interlayer insulating film may be used in the following embodiments.

Dann wird, wie in 6K gezeigt, eine Barrierenmetallschicht 44a auf jeweiligen inneren peripheren Flächen und Bodenflächen der ersten und zweiten Durchgangslöcher 41a, 41b und der dritten und vierten Verdrahtungsgräben 42a, 42b und auf der oberen Fläche der zweiten Stopperschicht 43 gebildet. Die Barrierenmetallschicht 44a wird durch das Sputterverfahren gebildet und zum Beispiel aus irgendeinem von Ta, TaN und deren laminiertem Film oder TiN hergestellt.Then, as in 6K shown a barrier metal layer 44a on respective inner peripheral surfaces and bottom surfaces of the first and second through holes 41a . 41b and the third and fourth wiring trenches 42a . 42b and on the upper surface of the second stopper layer 43 educated. The barrier metal layer 44a is formed by the sputtering method and made of, for example, any of Ta, TaN and their laminated film or TiN.

Zusätzlich wird eine Kupferkeimschicht 44s auf der Barrierenmetallschicht 44a durch das Sputterverfahren gebildet, um eine Dicke von 30 bis 100 nm zu haben.In addition, a copper seed layer 44s on the barrier metal layer 44a formed by the sputtering method to have a thickness of 30 to 100 nm.

Dann wird eine Kupferschicht 44b auf der Kupferkeimschicht 44s durch das elektrolytische Plattierverfahren gebildet, wodurch die dritten und vierten Verdrahtungsgräben 42a, 42b und die ersten und zweiten Durchgangslöcher 41a, 41b vollständig vergraben sind. Die Kupferkeimschicht 44s wird integral mit der Kupferschicht 44b gebildet.Then a copper layer 44b on the copper seed layer 44s formed by the electrolytic plating method, whereby the third and fourth wiring trenches 42a . 42b and the first and second through holes 41a . 41b are completely buried. The copper seed layer 44s becomes integral with the copper layer 44b educated.

Im folgenden werden als nächstes Schritte erläutert, die zum Bilden der in 6L gezeigten Struktur erforderlich sind.Next, steps for forming the in 6L shown structure are required.

Die Kupferschicht 44b und die Barrierenmetallschicht 44a werden von der oberen Fläche der zweiten Stopperschicht 43 durch das CMP-Verfahren abgetragen, während die zweite Stopperschicht 43 als Polierstopper verwendet wird. Daher werden die Kupferschicht 44b und die Barrierenmetallschicht 44a, die in den ersten und zweiten Durchgangslöchern 41a, 41b verbleiben, als erste bzw. zweite Durchgänge 45a, 45b verwendet, während die Kupferschicht 44b und die Barrierenmetallschicht 44a, die in den dritten und vierten Verdrahtungsgräben 42a, 42b verbleiben, als dritte bzw. vierte Kupferverdrahtungen 46a, 46b verwendet werden.The copper layer 44b and the barrier metal layer 44a are from the upper surface of the second stopper layer 43 removed by the CMP process, while the second stopper layer 43 is used as a polishing stopper. Therefore, the copper layer 44b and the barrier metal layer 44a in the first and second through holes 41a . 41b remain as first or second passes 45a . 45b used while the copper layer 44b and the barrier metal layer 44a that in the third and fourth wiring trenches 42a . 42b remain as third or fourth copper wirings 46a . 46b be used.

Die dritte Kupferverdrahtung 46a ist durch den ersten Durchgang 45a und die Kappenschicht 13 mit der ersten Kupferverdrahtung 12a elektrisch verbunden. Auch die vierte Kupferverdrahtung 46b ist durch den zweiten Durchgang 45b und die Kappenschicht 13 mit der zweiten Kupferverdrahtung 12b elektrisch verbunden.The third copper wiring 46a is through the first passage 45a and the cap layer 13 with the first copper wiring 12a electrically connected. Also the fourth copper wiring 46b is through the second passage 45b and the cap layer 13 with the second copper wiring 12b electrically connected.

Dann werden eine dritte Kappenschicht 47 aus demselben Material wie die erste Kappenschicht 13 und eine vierte Kappenschicht 48 aus demselben Material wie die zweite Kappenschicht 43 sequentiell auf den dritten und vierten Kupferverdrahtungen 46a, 46b und der zweiten Stopperschicht 43 gebildet.Then a third cap layer 47 of the same material as the first cap layer 13 and a fourth cap layer 48 of the same material as the second cap layer 43 sequentially on the third and fourth copper wirings 46a . 46b and the second stopper layer 43 educated.

Zusätzlich wird die Kupferverdrahtung mit der mehrschichtigen Struktur auf dem zweiten Zwischenschichtisolierfilm 8 gebildet, indem dieselben Bildungen der Zwischenschichtisolierfilme, der Kupferverdrahtungen und der Durchgänge wie oben beschrieben wiederholt werden.In addition, the copper wiring having the multi-layered structure becomes on the second interlayer insulating film 8th is formed by repeating the same formations of the interlayer insulating films, the copper wirings and the passages as described above.

In der wie oben konstruierten Halbleitervorrichtung können die Abschnitte der ersten und dritten Kappenschichten 13, 47 aus ZrN, die mit den Kupferverdrahtungen 12a, 12b, 46a 46b zu verbinden sind, als Schicht mit niedrigem Widerstand dienen, während die Abschnitte der ersten und dritten Kappenschichten 13, 47, die mit den isolierenden ersten und zweiten Stopperschichten 40, 43 zu verbinden sind, als Schicht mit hohem Widerstand dienen können.In the semiconductor device constructed as above, the portions of the first and third cap layers 13 . 47 from ZrN, with the copper wiring 12a . 12b . 46a 46b are to be used as a layer of low resistance, while the sections of the first and third cap layers 13 . 47 that with the insulating first and second stopper layers 40 . 43 To connect, can serve as a layer with high resistance.

Falls die ersten und zweiten Kupferverdrahtungen 12a, 12b und die erste Kappenschicht 13 durch das Annealen miteinander legiert werden, ist es möglich, daß das Kupfer von der Kappenschicht 13 in den vierten Zwischenschichtisolierfilm 42 diffundiert. Da in der vorliegenden Ausführungsform des weiteren jedoch die isolierende zweite Kappenschicht 41 zum Verhindern der Kupferdiffusion auf der ersten Kappenschicht gebildet ist, die aus ZrN ist, kann die Kupferdiffusion von den ersten und zweiten Kupferverdrahtungen 12a, 12b in den vierten Zwischenschichtisolierfilm 42 durch die zweite Kappenschicht 41 unfehlbar verhindert werden. Falls die ersten und zweiten Stopperschichten 40, 43 aus dem Siliziumnitrid gebildet werden, können sie auch als Kupferdiffusionsverhinderungsschicht fungieren.If the first and second copper wiring 12a . 12b and the first cap layer 13 alloyed by annealing, it is possible that the copper from the cap layer 13 in the fourth interlayer insulating film 42 diffused. However, in the present embodiment, further, the insulating second cap layer 41 For preventing the copper diffusion formed on the first cap layer, which is made of ZrN, the copper diffusion from the first and second copper wirings 12a . 12b in the fourth interlayer insulating film 42 through the second cap layer 41 be prevented infallibly. If the first and second stopper layers 40 . 43 are formed from the silicon nitride, they can also function as a copper diffusion prevention layer.

Als geprüft wurde, wie der Schichtwiderstand der Kupferverdrahtungen 12a, 12b durch das Annealen verändert wird, nachdem die erste Kappenschicht 13 aus ZrN auf den Kupferverdrahtungen 12a, 12b gebildet war, wie in 6G gezeigt, wurden übrigens Resultate erhalten, die in 7 gezeigt sind. So wurde festgestellt, daß sich der Schichtwiderstand selten verändert.As was tested, how the sheet resistance of the copper wiring 12a . 12b is changed by the annealing after the first cap layer 13 made of ZrN on the copper wiring 12a . 12b was formed, as in 6G Incidentally, results were obtained in 7 are shown. Thus, it was found that the sheet resistance seldom changed.

Eine gestrichelte Linie in 7 kennzeichnet eine Differenz zwischen dem Schichtwiderstand, der erhalten wird, wenn das Annealen nicht angewendet wird, und dem Schichtwiderstand, der erhalten wird, wenn das Annealen angewendet wird, der Kupferverdrahtung 12a, 12b ohne Bildung der ersten Kappenschicht 13. Ferner kennzeichnet eine durchgehende Linie in 7 eine Differenz zwischen dem Schichtwiderstand, der erhalten wird, wenn das Annealen nicht angewendet wird, und dem Schichtwiderstand, der erhalten wird, wenn das Annealen angewendet wird, der Kupferverdrahtung 12a, 12b, mit der die erste Kappenschicht 13 mit einer Dicke von 2,5 nm verbunden ist. Zusätzlich kennzeichnet eine Strichpunktlinie in 7 eine Differenz zwischen dem Schichtwiderstand, der erhalten wird, wenn das Annealen nicht angewendet wird, und dem Schichtwiderstand, der erhalten wird, wenn das Annealen angewendet wird, der Kupferverdrahtung 12a, 12b, mit der die erste Kappenschicht 13 mit einer Dicke von 5,0 nm verbunden ist.A dashed line in 7 indicates a difference between the sheet resistance obtained when the annealing is not applied and the sheet resistance obtained when annealing is applied to the copper wiring 12a . 12b without formation of the first cap layer 13 , Furthermore, a continuous Line in 7 a difference between the sheet resistance obtained when the annealing is not applied and the sheet resistance obtained when annealing is applied to the copper wiring 12a . 12b , with the first cap layer 13 connected with a thickness of 2.5 nm. In addition, a dash-dot line in 7 a difference between the sheet resistance obtained when the annealing is not applied and the sheet resistance obtained when annealing is applied to the copper wiring 12a . 12b , with the first cap layer 13 connected to a thickness of 5.0 nm.

8A bis 8C zeigen das Prüfresultat einer Beziehung zwischen dem Widerstand der Kupferverdrahtungen, das heißt, der ZrN-Kappenschicht 13 und der Kupferverdrahtungen 12a, 12b insgesamt, und der Filmdicke der ZrN-Kappenschicht 13. In diesem Fall kennzeichnen mehrere vertikale Linien Verdrahtungsbreiten von 8 μm (O), 4 μm (☐), 2 μm (♢), 1 μm (x), 0,54 μm (+) bzw. 0,27 um (Δ) in der Reihenfolge von links. 8A to 8C show the test result of a relationship between the resistance of the copper wirings, that is, the ZrN capping layer 13 and the copper wiring 12a . 12b in total, and the film thickness of the ZrN cap layer 13 , In this case, a plurality of vertical lines indicate wiring widths of 8 μm (O), 4 μm (□), 2 μm (♢), 1 μm (x), 0.54 μm (+), and 0.27 μm (Δ) in, respectively the order from the left.

8A zeigt eine Beziehung zwischen den Widerstandswerten der Kupferverdrahtungen 12a, 12b und einem kumulativen Prozentsatz, wenn die ZrN-Kappenschicht 13 nicht gebildet ist. 8B zeigt eine Beziehung zwischen den Widerstandswerten der Kupferverdrahtungen und dem kumulativen Prozentsatz, wenn die ZrN-Kappenschicht 13 mit einer Dicke von 2 nm auf den Kupferverdrahtungen 12a, 12b gebildet ist. 8C zeigt eine Beziehung zwischen den Widerstandswerten der Kupferverdrahtungen und dem kumulativen Prozentsatz, wenn die ZrN-Kappenschicht 13 mit einer Dicke von 4 nm auf den Kupferverdrahtungen 12a, 12b gebildet ist. 8A shows a relationship between the resistance values of the copper wirings 12a . 12b and a cumulative percentage when the ZrN cap layer 13 not formed. 8B Fig. 14 shows a relationship between the resistance values of the copper wirings and the cumulative percentage when the ZrN cap layer 13 with a thickness of 2 nm on the copper wiring 12a . 12b is formed. 8C Fig. 14 shows a relationship between the resistance values of the copper wirings and the cumulative percentage when the ZrN cap layer 13 with a thickness of 4 nm on the copper wiring 12a . 12b is formed.

Gemäß 8A bis 8C wird keine Abhängigkeit des Widerstandes der Kupferverdrahtungen von der ZrN-Filmdicke festgestellt.According to 8A to 8C No dependence of the resistance of the copper wires on the ZrN film thickness is found.

In diesem Fall kann für die isolierenden/leitfähigen Kappenschichten 13, 47 der Film aus irgendeinem von der Zirkoniumnitridverbindung, den drei nicht erfindungsgemäßen Zirkonium, Titan, Hafnium, der drei nicht erfindungsgemäßen Zirkoniumverbindung, Titanverbindung und Hafniumverbindung anstelle des Zirkoniumnitrids verwendet werden. Solche Materialien gelten auch für die folgenden Ausführungsformen.In this case, for the insulating / conductive cap layers 13 . 47 the film of any one of the zirconium nitride compound, the three non-inventive zirconium, titanium, hafnium, the three non-inventive zirconium compound, titanium compound and hafnium compound is used in place of the zirconium nitride. Such materials also apply to the following embodiments.

(Dritte Ausführungsform)Third Embodiment

9A bis 9E sind Schnittansichten, die Schritte zum Bilden einer Halbleitervorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen. In 9A bis 9E bezeichnen dieselben Symbole wie jene in 6A bis 6L dieselben Elemente. 9A to 9E 10 are sectional views showing steps of forming a semiconductor device according to a third embodiment of the present invention. In 9A to 9E denote the same symbols as those in 6A to 6L the same elements.

Gemäß den Schritten, die in 6A bis 6F in der zweiten Ausführungsform gezeigt sind, wird der MOS-Transistor 3 auf dem Siliziumsubstrat 1 gebildet, dann werden die Zwischenschichtisolierfilme 4, 8, 10 und die erste Stopperschicht 40 gebildet, danach wird die Verdrahtung 7 gebildet, dann werden leitfähige Stecker 5a, 5b, 9 gebildet, und weiterhin werden die ersten und zweiten Kupferverdrahtungen 12a, 12b gebildet.According to the steps in 6A to 6F In the second embodiment, the MOS transistor becomes 3 on the silicon substrate 1 formed, then the Zwischenschichtisolierfilme 4 . 8th . 10 and the first stopper layer 40 formed, then the wiring 7 formed, then become conductive plugs 5a . 5b . 9 formed, and continue to be the first and second copper wirings 12a . 12b educated.

Dann wird, wie in 9A gezeigt, die erste Kappenschicht 13 aus ZrN auf den ersten und zweiten Kupferverdrahtungen 12a, 12b und der ersten Stopperschicht 40 gebildet. Die Filmdicke der ersten Kappenschicht 13 ist nicht auf einen Wert unter 20 nm begrenzt, wie es in den ersten und zweiten Ausführungsformen beschrieben wurde, und die erste Kappenschicht 13 wird gebildet, um zum Beispiel eine Dicke von 40 nm zu haben.Then, as in 9A shown the first cap layer 13 ZrN on the first and second copper wires 12a . 12b and the first stopper layer 40 educated. The film thickness of the first cap layer 13 is not limited to a value below 20 nm as described in the first and second embodiments and the first cap layer 13 is formed to have, for example, a thickness of 40 nm.

Dann wird, wie in 9B gezeigt, die erste Kappenschicht 13 durch selektives Ätzen geätzt, so daß solch eine erste Kappenschicht 13 von der oberen Fläche des dritten Zwischenschichtisolierfilms 10 entfernt wird, aber auf den ersten und zweiten Kupferverdrahtungen 12a, 12b verbleibt. Solch ein selektives Ätzen wird zum Beispiel unter folgenden Bedingungen ausgeführt.Then, as in 9B shown the first cap layer 13 etched by selective etching so that such a first capping layer 13 from the upper surface of the third interlayer insulating film 10 is removed, but on the first and second copper wiring 12a . 12b remains. Such selective etching is carried out, for example, under the following conditions.

Obwohl die Filmdichte der ZrN-Schicht von den CVD-Bedingungen wie etwa der Temperatur beim Wachsen, der Gasflußrate, der Zusatzmenge von Ammoniak, etc., abhängt, unterscheidet sie sich in der Metallphase (in der Schicht mit niedrigem Widerstand 13a) auf dem Metallfilm und in der Isolierphase (in der Schicht mit hohem Widerstand 13b) auf dem Isolierfilm außerordentlich. Das heißt, in der ZrN-Schicht beträgt die Filmdichte der Isolierphase typischerweise 5,0 bis 5,5 g/cm3, während die Filmdichte der Metallphase 6,0 bis 6,6 g/cm3 beträgt. Da die Ätzrate der ZrN-Schicht gemäß verschiedenen Ätzmitteln von der Filmdichte abhängt, kann daher die ZrN-Isolierphase selektiv entfernt werden, indem diese Eigenart genutzt wird. Falls die wäßrige Lösung wie z. B. Fluorwasserstoffsäure, Chlorwasserstoffsäure, Schwefelsäure, etc., oder die Chemikalien wie Wasserstoffperoxid, etc., als Ätzmittel zweckmäßig erhitzt werden, kann die gewünschte Ätzrate gegenüber dem ZrN-Film erhalten werden.Although the film density of the ZrN layer depends on the CVD conditions such as the temperature of growth, the gas flow rate, the amount of addition of ammonia, etc., it differs in the metal phase (in the low resistance layer 13a ) on the metal film and in the insulating phase (in the high resistance layer 13b ) on the insulating film greatly. That is, in the ZrN layer, the film density of the insulating phase is typically 5.0 to 5.5 g / cm 3 , while the film density of the metal phase is 6.0 to 6.6 g / cm 3 . Therefore, since the etching rate of the ZrN layer depends on the film density according to various etchants, the ZrN insulating phase can be selectively removed by utilizing this property. If the aqueous solution such. For example, hydrofluoric acid, hydrochloric acid, sulfuric acid, etc., or the chemicals such as hydrogen peroxide, etc., are suitably heated as an etchant, the desired etching rate against the ZrN film can be obtained.

Die Ätzrate des ZrN der Metallphase durch die Fluorwasserstoffsäure bei der Temperatur von 25°C beträgt zum Beispiel 40 nm/min, während die Ätzrate von ZrN der Isolierphase 53 nm/min beträgt. Falls die erste Kappenschicht 13, die eine Dicke von 40 nm hat und aus ZrN ist, wie in 9A gezeigt, auf den ersten und zweiten Kupferverdrahtungen 12a, 12b und dem dritten Zwischenschichtisolierfilm 10 gebildet ist und dann die Fluorwasserstoffsäure mit der Konzentration von 1 Gew.-% der ersten Kappenschicht 13 für 45 Sekunden zugeführt wird, kann deshalb die erste Kappenschicht 13 mit einer Dicke von 10 nm nur auf den ersten und zweiten Kupferverdrahtungen 12a, 12b verbleiben, wie in 9B gezeigt.The etching rate of ZrN of the metal phase by the hydrofluoric acid at the temperature of 25 ° C is, for example, 40 nm / min, while the etching rate of ZrN is the insulating phase 53 nm / min. If the first cap layer 13 which has a thickness of 40 nm and is made of ZrN, as in 9A shown on the first and second copper wires 12a . 12b and the third interlayer insulating film 10 is formed and then the hydrofluoric acid having the concentration of 1 wt .-% of the first cap layer 13 for 45 seconds, therefore, the first cap layer 13 with a thickness of 10 nm only on the first and second copper wirings 12a . 12b remain as in 9B shown.

Als Ätzvorrichtung zum Ätzen des ZrN kann die Ätzvorrichtung des Stapeltyps oder die Ätzvorrichtung des Blattzufuhrtyps eingesetzt werden. Um die erste Kappenschicht 13 für kurze Zeit mit guter Gleichförmigkeit zu ätzen, ist es jedoch vorzuziehen, die Ätzvorrichtung des Blattzufuhrtyps einzusetzen.As the etching device for etching the ZrN, the stack type etching device or the sheet supply type etching device may be used. Around the first cap layer 13 However, for a short time to etch with good uniformity, it is preferable to use the sheet feed type etching apparatus.

Nachdem die erste Kappenschicht 13 durch das selektive Ätzen wie oben beschrieben geätzt ist, werden der vierte Zwischenschichtisolierfilm 42, der eine Dicke von 600 nm hat und aus SiO2 ist, und die zweite Stopperschicht 43, die eine Dicke von 50 nm hat, sequentiell auf der ersten Kappenschicht 13 und der ersten Stopperschicht 40 durch das CVD-Verfahren gebildet, wie in 9C gezeigt.After the first cap layer 13 etched by the selective etching as described above, the fourth interlayer insulating film becomes 42 which has a thickness of 600 nm and is made of SiO 2 , and the second stopper layer 43 having a thickness of 50 nm, sequentially on the first cap layer 13 and the first stopper layer 40 formed by the CVD method, as in 9C shown.

Dann werden, wie in 9D gezeigt, die zweite Stopperschicht 43 und der vierte Zwischenschichtisolierfilm 42 gemustert. So werden die ersten und zweiten Durchgangslöcher 41a, 41b zum Exponieren der ersten Kappenschicht 13 in der zweiten Stopperschicht 43, dem vierten Zwischenschichtisolierfilm 42 und der zweiten Kappenschicht 41 gebildet, und ferner werden die dritten und vierten Verdrahtungsgräben 42a, 42b, von denen ein Teil die ersten bzw. zweiten Durchgangslöcher 41a, 41b überlappt, in der zweiten Stopperschicht 43 und dem vierten Zwischenschichtisolierfilm 42 gebildet. Daher wird die erste Kappenschicht 13 durch die ersten und zweiten Durchgangslöcher 41a, 41b exponiert.Then, as in 9D shown, the second stopper layer 43 and the fourth interlayer insulating film 42 patterned. This will be the first and second through holes 41a . 41b for exposing the first cap layer 13 in the second stopper layer 43 , the fourth interlayer insulating film 42 and the second cap layer 41 and further, the third and fourth wiring trenches are formed 42a . 42b of which a part of the first and second through holes 41a . 41b overlaps, in the second stopper layer 43 and the fourth interlayer insulating film 42 educated. Therefore, the first cap layer 13 through the first and second through holes 41a . 41b exposed.

Im folgenden werden als nächstes Schritte erläutert, die zum Bilden der in 9E gezeigten Struktur erforderlich sind.Next, steps for forming the in 9E shown structure are required.

Wie in der zweiten Ausführungsform wird die Barrierenmetallschicht 44a auf den inneren peripheren Flächen und den Bodenflächen der ersten und zweiten Durchgangslöcher 41a, 41b und der dritten und vierten Verdrahtungsgräben 42a, 42b bzw. auf der oberen Fläche der zweiten Stopperschicht 43 gebildet. Zusätzlich wird die Kupferkeimschicht (nicht gezeigt) auf der Barrierenmetallschicht 44a gebildet, um eine Dicke von 30 bis 100 nm zu haben.As in the second embodiment, the barrier metal layer 44a on the inner peripheral surfaces and the bottom surfaces of the first and second through holes 41a . 41b and the third and fourth wiring trenches 42a . 42b or on the upper surface of the second stopper layer 43 educated. In addition, the copper seed layer (not shown) on the barrier metal layer 44a formed to have a thickness of 30 to 100 nm.

Die Barrierenmetallschicht 44a wird durch das Sputterverfahren gebildet und zum Beispiel aus irgendeinem von Ta, TaN und deren laminiertem Film oder TiN hergestellt. Ferner wird die Kupferkeimschicht durch das Sputterverfahren gebildet, um eine Dicke von 30 bis 100 nm zu haben.The barrier metal layer 44a is formed by the sputtering method and made of, for example, any of Ta, TaN and their laminated film or TiN. Further, the copper seed layer is formed by the sputtering method to have a thickness of 30 to 100 nm.

Dann wird die Kupferschicht 44b auf der Kupferkeimschicht durch das elektrolytische Plattierverfahren gebildet. So werden die dritten und vierten Verdrahtungsgräben 42a, 42b und die ersten und zweiten Durchgangslöcher 41a, 41b völlig vergraben. In diesem Fall wird die Kupferkeimschicht integral mit der Kupferschicht 44b gebildet.Then the copper layer becomes 44b formed on the copper seed layer by the electrolytic plating method. So will the third and fourth wiring trenches 42a . 42b and the first and second through holes 41a . 41b completely buried. In this case, the copper seed layer becomes integral with the copper layer 44b educated.

Zusätzlich werden die Kupferschicht 44b und die Barrierenmetallschicht 44a von der oberen Fläche der zweiten Stopperschicht 43 durch das CMP-Verfahren abgetragen, während die zweite Stopperschicht 43 als Polierstopper verwendet wird. So werden die Kupferschicht 44b und die Barrierenmetallschicht 44a, die in den ersten und zweiten Durchgangslöchern 41a, 41b verbleiben, als erste bzw. zweite Durchgänge 45a, 45b verwendet, während die Kupferschicht 44b und die Barrierenmetallschicht 44a, die in den dritten und vierten Verdrahtungsgräben 42a, 42b verbleiben, als dritte bzw. vierte Kupferverdrahtungen 46a, 46b verwendet werden.In addition, the copper layer 44b and the barrier metal layer 44a from the upper surface of the second stopper layer 43 removed by the CMP process, while the second stopper layer 43 is used as a polishing stopper. So are the copper layer 44b and the barrier metal layer 44a in the first and second through holes 41a . 41b remain as first or second passes 45a . 45b used while the copper layer 44b and the barrier metal layer 44a that in the third and fourth wiring trenches 42a . 42b remain as third or fourth copper wirings 46a . 46b be used.

Die dritte Kupferverdrahtung 46a ist durch den ersten Durchgang 45a und die Kappenschicht 13 mit der ersten Kupferverdrahtung 12a elektrisch verbunden. Ferner ist die vierte Kupferverdrahtung 46b durch den zweiten Durchgang 45b und die Kappenschicht 13 mit der zweiten Kupferverdrahtung 12b elektrisch verbunden.The third copper wiring 46a is through the first passage 45a and the cap layer 13 with the first copper wiring 12a electrically connected. Further, the fourth copper wiring 46b through the second passage 45b and the cap layer 13 with the second copper wiring 12b electrically connected.

Danach wird eine zweite Kappenschicht 49, die aus demselben Material wie die erste Kappenschicht 13 ist, auf den dritten und vierten Kupferverdrahtungen 46a, 46b und der zweiten Stopperschicht 43 gebildet. Dann wird die zweite Kappenschicht 49 wie die erste Kappenschicht 13 selektiv geätzt, um nur auf den dritten und vierten Kupferverdrahtungen 46a, 46b zu verbleiben.Thereafter, a second cap layer 49 made of the same material as the first cap layer 13 is on the third and fourth copper wirings 46a . 46b and the second stopper layer 43 educated. Then the second cap layer 49 like the first cap layer 13 selectively etched to only on the third and fourth copper wirings 46a . 46b to remain.

Zusätzlich wird die Kupferverdrahtung mit der mehrschichtigen Struktur auf dem zweiten Zwischenschichtisolierfilm 8 gebildet, indem dieselben Bildungen der Zwischenschichtisolierfilme, der Kupferverdrahtungen und der Durchgänge wie oben beschrieben wiederholt werden.In addition, the copper wiring having the multi-layered structure becomes on the second interlayer insulating film 8th is formed by repeating the same formations of the interlayer insulating films, the copper wirings and the passages as described above.

In der Halbleitervorrichtung, die gemäß den obigen Schritten gebildet wird, können die ZrN-Kappenschichten 13, 49, die auf den Kupferverdrahtungen 12a, 12b, 46a, 46b verbleiben, die Oxidation der Kupferverdrahtungen 12a, 12b, 46a, 46b verhindern.In the semiconductor device formed according to the above steps, the ZrN cap layers 13 . 49 on the copper wires 12a . 12b . 46a . 46b remain, the oxidation of the copper wiring 12a . 12b . 46a . 46b prevent.

Da die ZrN-Kappenschicht, die auf dem dritten Zwischenschichtisolierfilm gebildet wurde, entfernt wird, kann ferner die Begrenzung für die Filmdicke der ZrN-Kappenschicht eliminiert werden. Da die Widerstandswertcharakteristik der ZrN-Kappenschicht auf dem Isolierfilm etwa bei der Filmdicke von 20 nm abrupt verändert wird, ist es schwierig, die Filmdicke zu steuern. Falls jedoch das selektive Ätzen der ZrN-Kappenschicht gemäß der vorliegenden Ausführungsform ausgeführt wird, kann die ZrN-Kappenschicht nie als Schicht mit niedrigem Widerstand auf dem Isolierfilm wirken.Further, since the ZrN cap layer formed on the third interlayer insulating film is removed, the limitation on the film thickness of the ZrN cap layer can be eliminated. Since the resistance value characteristic of the ZrN cap layer on the insulating film is abruptly changed at about the film thickness of 20 nm, it is difficult to control the film thickness. However, if the selective When etching the ZrN cap layer according to the present embodiment, the ZrN cap layer can never act as a low resistance layer on the insulating film.

Die ZrN-Kappenschicht kann von der oberen Fläche des dritten Zwischenschichtisolierfilms entfernt werden, indem das Ätzen ohne die Maske wie etwa das Resist, etc., mit guter Präzision selektiv ausgeführt wird. Deshalb sind das Bilden und das Ausrichten der Resistmuster nicht erforderlich, und somit wird der Durchsatz nie groß verringert.The ZrN cap layer can be removed from the upper surface of the third interlayer insulating film by selectively performing the etching without the mask such as the resist, etc. with good precision. Therefore, the formation and the alignment of the resist patterns are not required, and thus the throughput is never greatly reduced.

(Vierte Ausführungsform)Fourth Embodiment

In der dritten Ausführungsform wird die ZrN-Kappenschicht von der Zwischenisolierschicht selektiv entfernt. In diesem Fall ist es möglich, daß dann, falls das Kupfer in der Kupferverdrahtung mit ZrN in der Kappenschicht reagiert, das Kupfer durch die Kappenschicht in den Zwischenschichtisolierfilm diffundiert.In the third embodiment, the ZrN cap layer is selectively removed from the interlayer insulating layer. In this case, it is possible that if the copper in the copper wiring reacts with ZrN in the cap layer, the copper diffuses through the cap layer into the interlayer insulating film.

Aus diesem Grund kann wie bei der zweiten Ausführungsform die Kupferdiffusion von der Kupferverdrahtung in den Zwischenschichtisolierfilm sicher verhindert werden, indem die ZrN-Schicht, die auf den Kupferverdrahtungen verbleibt, mit der isolierenden Kappenschicht bedeckt wird. Im folgenden werden die Struktur und die Schritte zum Bilden derselben erläutert.For this reason, like the second embodiment, the copper diffusion from the copper wiring into the interlayer insulating film can be surely prevented by covering the ZrN layer remaining on the copper wirings with the insulating cap layer. The structure and the steps for forming the same will be explained below.

Zuerst wird gemäß den in 6A bis 6F gezeigten Schritten der MOS-Transistor 3 auf dem Siliziumsubstrat 1 gebildet, dann werden die Zwischenschichtisolierfilme 4, 8, 10 gebildet, danach wird die erste Stopperschicht gebildet, wird die Verdrahtung 7 gebildet, dann werden die leitfähigen Stecker 5a, 5b, 9 gebildet, und des weiteren werden die ersten und zweiten Kupferverdrahtungen 12a, 12b gebildet. Dann wird, wie in 9A gezeigt, die erste Kappenschicht 13 aus ZrN auf den ersten und zweiten Kupferverdrahtungen 12a, 12b und der ersten Stopperschicht 40 gebildet. Die Filmdicke der ersten Kappenschicht 13 ist nicht auf 20 nm oder weniger begrenzt, und die erste Kappenschicht 13 wird gebildet, um eine Dicke von zum Beispiel 40 nm zu haben.First, according to the in 6A to 6F shown steps of the MOS transistor 3 on the silicon substrate 1 formed, then the Zwischenschichtisolierfilme 4 . 8th . 10 formed, then the first stopper layer is formed, the wiring 7 formed, then become the conductive connector 5a . 5b . 9 and further, the first and second copper wirings are formed 12a . 12b educated. Then, as in 9A shown the first cap layer 13 ZrN on the first and second copper wires 12a . 12b and the first stopper layer 40 educated. The film thickness of the first cap layer 13 is not limited to 20 nm or less, and the first cap layer 13 is formed to have a thickness of, for example, 40 nm.

Dann wird, wie in 10A gezeigt, die erste Kappenschicht 13 durch selektives Ätzen geätzt, um sie von der oberen Fläche des dritten Zwischenschichtisolierfilms 10 zu entfernen und auf den ersten und zweiten Kupferverdrahtungen 12a, 12b zu belassen. Das selektive Ätzen der ersten Kappenschicht 13 wird durch das in der dritten Ausführungsform gezeigte Verfahren ausgeführt.Then, as in 10A shown the first cap layer 13 etched by selective etching to remove them from the upper surface of the third interlayer insulating film 10 remove and on the first and second copper wiring 12a . 12b to leave. The selective etching of the first cap layer 13 is performed by the method shown in the third embodiment.

Dann wird, wie in 10B gezeigt, die isolierende zweite Kappenschicht 41, die die Kupferdiffusionsverhinderungsfunktion hat, auf der ersten Kappenschicht 13 gebildet. Als zweite Kappenschicht 41 wird die isolierende Schicht, die SiC, SiN als Basiselement enthält, oder die isolierende Schicht, die SiCO, SiON als Basiselement enthält, durch das PE-CVD-Verfahren gebildet, um eine Dicke von 20 bis 100 nm zu haben. Die zweite Kappenschicht 41 wird gemäß dem in der zweiten Ausführungsform erläuterten Verfahren gebildet.Then, as in 10B shown the insulating second cap layer 41 having the copper diffusion preventing function on the first cap layer 13 educated. As second cap layer 41 For example, the insulating layer containing SiC, SiN as a base element or the insulating layer containing SiCO, SiON as a base element is formed by the PE-CVD method to have a thickness of 20 to 100 nm. The second cap layer 41 is formed according to the method explained in the second embodiment.

Dann werden, wie in 10C gezeigt, der vierte Zwischenschichtisolierfilm 42 mit einer Dicke von 600 nm aus SiO2 und die zweite Stopperschicht 43 mit einer Dicke von 50 nm sequentiell auf der zweiten Kappenschicht 41 durch das CVD-Verfahren gebildet.Then, as in 10C 4, the fourth interlayer insulating film 42 with a thickness of 600 nm of SiO 2 and the second stopper layer 43 with a thickness of 50 nm sequentially on the second capping layer 41 formed by the CVD method.

Danach werden, wie in 10D gezeigt, die zweite Stopperschicht 43, der vierte Zwischenschichtisolierfilm 42 und die zweite Kappenschicht 41 gemustert. So werden die ersten und zweiten Durchgangslöcher 41a, 41b zum Exponieren der ersten Kappenschicht 13 in der zweiten Stopperschicht 43, dem vierten Zwischenschichtisolierfilm 42 und der zweiten Kappenschicht 41 gebildet, und ferner werden die dritten und vierten Verdrahtungsgräben 42a, 42b, die die ersten bzw. zweiten Durchgangslöcher 41a, 41b überlappen, in der zweiten Stopperschicht 43 und dem vierten Zwischenschichtisolierfilm 42 gebildet.After that, as in 10D shown, the second stopper layer 43 , the fourth interlayer insulating film 42 and the second cap layer 41 patterned. This will be the first and second through holes 41a . 41b for exposing the first cap layer 13 in the second stopper layer 43 , the fourth interlayer insulating film 42 and the second cap layer 41 and further, the third and fourth wiring trenches are formed 42a . 42b that the first and second through holes 41a . 41b overlap, in the second stopper layer 43 and the fourth interlayer insulating film 42 educated.

Im folgenden werden als nächstes Schritte erläutert, die zum Bilden der in 10E gezeigten Struktur erforderlich sind.Next, steps for forming the in 10E shown structure are required.

Wie in der zweiten Ausführungsform wird die Barrierenmetallschicht 44a auf den inneren peripheren Flächen und den Bodenflächen der ersten und zweiten Durchgangslöcher 41a, 41b und der dritten und vierten Verdrahtungsgräben 42a, 42b bzw. auf der oberen Fläche der zweiten Stopperschicht 43 gebildet. Die Barrierenmetallschicht 44a wird durch das Sputterverfahren gebildet und zum Beispiel aus irgendeinem von Ta, TaN und deren laminiertem Film oder TiN hergestellt.As in the second embodiment, the barrier metal layer 44a on the inner peripheral surfaces and the bottom surfaces of the first and second through holes 41a . 41b and the third and fourth wiring trenches 42a . 42b or on the upper surface of the second stopper layer 43 educated. The barrier metal layer 44a is formed by the sputtering method and made of, for example, any of Ta, TaN and their laminated film or TiN.

Dann wird die Kupferkeimschicht (nicht gezeigt) mit einer Dicke von 30 bis 100 nm auf der Barrierenmetallschicht 44a durch das Sputterverfahren gebildet.Then, the copper seed layer (not shown) having a thickness of 30 to 100 nm is grown on the barrier metal layer 44a formed by the sputtering process.

Zusätzlich wird die Kupferschicht 44b auf der Kupferkeimschicht durch das elektrolytische Plattierverfahren gebildet, wodurch die dritten und vierten Verdrahtungsgräben 42a, 42b und die ersten und zweiten Durchgangslöcher 41a, 41b vollständig vergraben werden. In diesem Fall wird die Kupferkeimschicht mit der Kupferschicht 44b integral gebildet.In addition, the copper layer 44b formed on the copper seed layer by the electrolytic plating method, whereby the third and fourth wiring trenches 42a . 42b and the first and second through holes 41a . 41b be completely buried. In this case, the copper seed layer becomes the copper layer 44b integrally formed.

Dann werden die Kupferschicht 44b und die Barrierenmetallschicht 44a von der oberen Fläche der zweiten Stopperschicht 43 durch das CMP-Verfahren entfernt, während die zweite Stopperschicht 43 als Polierstopper verwendet wird. Als Resultat werden die Kupferschicht 44b und die Barrierenmetallschicht 44a, die in den ersten und zweiten Durchgangslöchern 41a, 41b verbleiben, als erste bzw. zweite Durchgänge 45a, 45b verwendet, und ferner werden die Kupferschicht 44b und die Barrierenmetallschicht 44a, die in den dritten und vierten Verdrahtungsgräben 42a, 42b verbleiben, als dritte bzw. vierte Kupferverdrahtungen 46a, 46b verwendet.Then the copper layer 44b and the barrier metal layer 44a from the upper surface the second stopper layer 43 removed by the CMP method while the second stopper layer 43 is used as a polishing stopper. As a result, the copper layer 44b and the barrier metal layer 44a in the first and second through holes 41a . 41b remain as first or second passes 45a . 45b used, and further, the copper layer 44b and the barrier metal layer 44a that in the third and fourth wiring trenches 42a . 42b remain as third or fourth copper wirings 46a . 46b used.

Die dritte Kupferverdrahtung 46a ist durch den ersten Durchgang 45a und die erste Kappenschicht 13 mit der ersten Kupferverdrahtung 12a elektrisch verbunden. Ferner ist die vierte Kupferverdrahtung 46b mit der zweiten Kupferverdrahtung 12b durch den zweiten Durchgang 45b und die erste Kappenschicht 13 elektrisch verbunden.The third copper wiring 46a is through the first passage 45a and the first cap layer 13 with the first copper wiring 12a electrically connected. Further, the fourth copper wiring 46b with the second copper wiring 12b through the second passage 45b and the first cap layer 13 electrically connected.

Danach wird die dritte Kappenschicht 47 aus ZrN auf den dritten und vierten Kupferverdrahtungen 46a, 46b und der zweiten Stopperschicht 43 gebildet. Zusätzlich wird die dritte Kappenschicht 47 selektiv geätzt, um sie nur auf den dritten und vierten Kupferverdrahtungen 46a, 46b zu belassen.Thereafter, the third cap layer 47 ZrN on the third and fourth copper wires 46a . 46b and the second stopper layer 43 educated. In addition, the third cap layer 47 selectively etched to only apply to the third and fourth copper wirings 46a . 46b to leave.

Dann wird die vierte Kappenschicht 48, die aus demselben Material wie die zweite Kappenschicht 41 gebildet ist, auf der dritten Kappenschicht 47 und der zweiten Stopperschicht 43 belassen.Then the fourth cap layer 48 made of the same material as the second cap layer 41 is formed on the third cap layer 47 and the second stopper layer 43 leave.

Danach wird die Kupferverdrahtung mit der mehrschichtigen Struktur, wie oben beschrieben, auf dem zweiten Zwischenschichtisolierfilm 8 gebildet, indem die Bildungen der Zwischenschichtisolierfilme, der Kupferverdrahtungen und der Durchgänge wiederholt werden.Thereafter, the copper wiring having the multi-layered structure as described above is formed on the second interlayer insulating film 8th is formed by repeating the formations of the interlayer insulating films, the copper wirings and the passages.

In der Halbleitervorrichtung, die gemäß den obigen Schritten gebildet ist, sind die ZrN-Kappenschichten 13, 47, die nur auf den Kupferverdrahtungen 12a, 12b, 46a, 46b verbleiben, mit anderen Kappenschichten 41, 48 bedeckt, die aus dem Kupferdiffusionsverhinderungsisoliermaterial gebildet sind. Deshalb kann verhindert werden, daß das Kupfer von den Kupferverdrahtungen 12a, 12b, 46a, 46b durch die ZrN-Kappenschichten 13, 47 in den Zwischenschichtisolierfilm diffundiert. Da die ZrN-Kappenschichten 13, 47 von der oberen Fläche des Zwischenschichtisolierfilms selektiv entfernt werden, können zusätzlich die Kupferverdrahtungen nie kurzgeschlossen werden, selbst wenn die Filmdicke mehr als 20 nm beträgt.In the semiconductor device formed according to the above steps, the ZrN cap layers are 13 . 47 that only work on the copper wiring 12a . 12b . 46a . 46b remain, with other cap layers 41 . 48 covered, which are formed from the copper diffusion prevention insulating material. Therefore, it can be prevented that the copper from the copper wiring 12a . 12b . 46a . 46b through the ZrN cap layers 13 . 47 diffused into the interlayer insulating film. Because the ZrN cap layers 13 . 47 In addition, the copper wirings can never be short-circuited from the upper surface of the interlayer insulating film, even if the film thickness is more than 20 nm.

(Andere Ausführungsform)Other Embodiment

In den obigen Ausführungsformen wird der Zwischenschichtisolierfilm aus SiO2 gebildet. Aber der zwischenschichtisolierfilm kann aus Isoliermaterial mit niedriger Dielektrizitätskonstante gebildet werden. Da der Einfluß der Verdrahtungsverzögerung bei Miniaturisierung des Elementes verschlimmert wird, wird die Anwendung von Isoliermaterial mit niedriger Dielektrizitätskonstante viel wichtiger. Als Isoliermaterial mit niedriger Dielektrizitätskonstante können organisches Polymer, Siliziumoxid, das mit Kohlenstoff imprägniert ist, oder poröses Isoliermaterial mit niedriger Dielektrizitätskonstante als typisches Material genannt werden.In the above embodiments, the interlayer insulating film is formed of SiO 2 . But the interlayer insulating film may be formed of low dielectric constant insulating material. As the effect of wiring delay on miniaturization of the device is exacerbated, the use of low dielectric constant insulating material becomes much more important. As the low-dielectric-constant insulating material, organic polymer, silicon oxide impregnated with carbon, or porous low-dielectric-constant insulating material may be cited as a typical material.

Als Verfahren zum Bilden des Isoliermaterials mit niedriger Dielektrizitätskonstante ist der Aufschleuderungsprozeß zum gleichförmigen Auftragen des flüssigen Isoliermaterials mit niedriger Dielektrizitätskonstante auf das Substrat während des Rotierens des Substrates oder das PE-CVD-Verfahren das repräsentative Verfahren. Falls der poröse Isolierfilm mit niedriger Dielektrizitätskonstante durch den Auftrageprozeß gebildet wird, wird ein Hohlkörper gebildet, indem die Thermolyse von instabilen Komponenten und die Bildung der Formzwischenstruktur und die Thermolyse der Form unter Einsatz der Hydrolyse und der Kondensationspolymerisation auf Grund des Sol-Gel-Verfahrens ausgeführt werden, und so ist der Annealprozeß bei etwa 400°C notwendig.As a method of forming the low-dielectric-constant insulating material, the spin-coating process for uniformly applying the low-dielectric-constant liquid insulating material to the substrate while rotating the substrate or the PE-CVD method is the representative method. If the porous insulating film of low dielectric constant is formed by the coating process, a hollow body is formed by carrying out the thermolysis of unstable components and the formation of the mold intermediate structure and the thermolysis of the mold using the hydrolysis and the condensation polymerization by the sol-gel method and so the annealing process at about 400 ° C is necessary.

Ferner werden in den obigen Ausführungsformen als Vorstufe zum Vergraben des Kupfers in den Verdrahtungsgräben und den Durchgangslöchern die Barrierenmetallschicht und die Kupferkeimschicht durch das Sputtern gebildet. Aber diese Schichten können durch das CVD-Verfahren gebildet werden. Falls zum Beispiel Titannitrid als Barrierenmetall durch das CVD-Verfahren gebildet wird, werden TDEAT und Ammoniak als Reaktionsgas verwendet. Zusätzlich kann die Kupferkeimschicht durch das CVD-Verfahren gebildet werden. Als Gas zum Wachsen der Kupferkeimschicht wird zum Beispiel Cu(hfac)TMVS als Material verwendet.Further, in the above embodiments, as a precursor for burying the copper in the wiring trenches and the through holes, the barrier metal layer and the copper seed layer are formed by the sputtering. But these layers can be formed by the CVD method. For example, if titanium nitride is formed as a barrier metal by the CVD method, TDEAT and ammonia are used as the reaction gas. In addition, the copper seed layer can be formed by the CVD method. As the gas for growing the copper seed layer, for example, Cu (hfac) TMVS is used as the material.

Als Verfahren zum Bilden der Kupferkeimschicht kann das Plasmaverfahren mit Selbstionisation eingesetzt werden, wodurch eine gute Abdeckung bei feinen Durchgangslöchern, etc., erreicht werden kann.As a method of forming the copper seed layer, the self-ionization plasma method can be used, whereby good coverage at fine through-holes, etc. can be achieved.

Bei den obigen Ausführungsformen wird das Dual-Damaszener-Verfahren mit dem Schritt zum gleichzeitigen Vergraben des Barrierenmetalls und des Kupfers in den Durchgangslöchern und den Verdrahtungsgraben erläutert. Die Bildung des Durchgangs und der Kupferverdrahtung ist jedoch nicht auf das Dual-Damaszener-Verfahren begrenzt. Das Damaszener-Verfahren, durch das das Barrierenmetall und das Kupfer in den Durchgangslöchern vergraben werden, dann die Verdrahtungsgräben gebildet werden und danach wieder das Barrierenmetall und das Kupfer in den Verdrahtungsgräben vergraben werden, kann zum Einsatz kommen. In diesem Fall kann die Kappenschicht, die aus Zirkoniumnitrid oder irgendeinem von deren Verbindungen ist, oder aus den drei nicht erfindungsgemäßen Zirkonium, Titan, Hafnium oder irgendeinen von deren nicht erfindungsgemäßen Verbindungen, auch auf den Kupferdurchgängen und den Kupferverdrahtungen gebildet werden.In the above embodiments, the dual damascene method is explained with the step of simultaneously burying the barrier metal and the copper in the through-holes and the wiring trench. However, the formation of the via and copper wiring is not limited to the dual damascene process. The damascene process whereby the barrier metal and the copper are buried in the through holes, then the wiring trenches are formed, and then again the barrier metal and the copper are buried in the wiring trenches may be used. In this case, the capping layer made of zirconium nitride or any of their compounds, or of the three non-inventive zirconium, titanium, hafnium or any of their non-inventive compounds may also be formed on the copper passages and copper wirings.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist die erste Kappenschicht, wie oben beschrieben, die aus der Substanz ist, deren Abschnitt, der auf dem Kupferfilm gebildet ist, den kleineren elektrischen Widerstandswert als der Abschnitt hat, der auf dem Isolierfilm gebildet ist, auf dem ersten Isolierfilm und dem ersten Metallmuster gebildet. Falls die Löcher oder die Gräben auf dem ersten Metallmuster durch Mustern des zweiten Isolierfilms gebildet werden, der auf dem ersten Isolierfilm gebildet ist, kann deshalb das erste Metallmuster durch die erste Kappenschicht geschützt werden, und somit können die Oxidation, die Korrosion und die Kontamination des ersten Metallmusters verhindert werden. Da das zweite Metallmuster, das in den Löchern und den Gräben vergraben ist, mit dem ersten Metallmuster durch die erste Kappenschicht elektrisch verbunden ist, kann zusätzlich die elektrische Leitung zwischen dem zweiten Metallmuster und dem ersten Metallmuster gewährleistet werden.According to the present invention, the first cap layer as described above, which is made of the substance whose portion formed on the copper film has the smaller electrical resistance than the portion formed on the insulating film on the first insulating film and formed the first metal pattern. Therefore, if the holes or the trenches on the first metal pattern are formed by patterning the second insulating film formed on the first insulating film, the first metal pattern can be protected by the first capping layer, and thus the oxidation, corrosion and contamination of the first metal pattern can be protected first metal pattern can be prevented. In addition, since the second metal pattern buried in the holes and the trenches is electrically connected to the first metal pattern through the first cap layer, the electrical conduction between the second metal pattern and the first metal pattern can be ensured.

Da die erste Kappenschicht als Isolierabschnitt auf dem ersten Isolierfilm dient, kann ferner das Mustern der ersten Kappenschicht weggelassen werden, wodurch zu der Reduzierung der Schritte beigetragen werden kann. Da die erste Kappenschicht, die aus Zirkoniumnitrid oder dergleichen ist, gebildet werden kann, während die Filmdichte auf dem ersten Isolierfilm und auf dem ersten Metallmuster verändert wird, kann in diesem Fall solch eine erste Kappenschicht von der oberen Fläche des Isolierfilms durch selektives Ätzen ohne Maske selektiv entfernt werden. Als Resultat kann der Musterungsschritt vereinfacht werden.Further, since the first cap layer serves as an insulating portion on the first insulating film, the patterning of the first cap layer can be omitted, thereby contributing to the reduction of the steps. In this case, since the first cap layer, which is made of zirconium nitride or the like, can be formed while changing the film density on the first insulating film and on the first metal pattern, such a first cap layer can be removed from the upper surface of the insulating film by selective etching without mask be selectively removed. As a result, the patterning step can be simplified.

Zusätzlich wird die zweite Kappenschicht, die aus dem Kupferdiffusionsverhinderungsisoliermaterial hergestellt wird, auf der Kappenschicht gebildet. Selbst wenn das erste Metallmuster Kupfer enthält, kann deshalb die Kupferdiffusion von dem ersten Metallmuster in den Zwischenschichtisolierfilm unfehlbar verhindert werden.In addition, the second cap layer made of the copper diffusion prevention insulating material is formed on the cap layer. Therefore, even if the first metal pattern contains copper, the copper diffusion from the first metal pattern into the interlayer insulating film can be unfailingly prevented.

Claims (16)

Halbleitervorrichtung mit: einem ersten Isolierfilm (10), der über einem Halbleiterfilm gebildet ist; einem ersten Metallmuster (12a, 12b), das in dem ersten Isolierfilm vergraben ist; und einer ersten Kappenschicht (13), die auf dem ersten Metallmuster und dem ersten Isolierfilm gebildet ist und aus Zirkoniumnitrid oder einer Zirkoniumnitridverbindung hergestellt ist, wobei eine Filmdicke der ersten Kappenschicht (13) gleich oder geringer ist als 18,7 nm.A semiconductor device comprising: a first insulating film ( 10 ) formed over a semiconductor film; a first metal pattern ( 12a . 12b ) buried in the first insulating film; and a first cap layer ( 13 ) formed on the first metal pattern and the first insulating film and made of zirconium nitride or a zirconium nitride compound, wherein a film thickness of the first cap layer (FIG. 13 ) is equal to or less than 18.7 nm. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, ferner mit: einem zweiten Isolierfilm (14, 42), der die erste Kappenschicht (13) bedeckt; einem in dem zweiten Isolierfilm auf dem ersten Metallmuster gebildeten Loch oder Graben; und einem zweiten Metallmuster, das in dem Loch oder dem Graben vergraben ist und mit dem ersten Metallmuster über die erste Kappenschicht elektrisch verbunden ist.A semiconductor device according to claim 1, further comprising: a second insulating film ( 14 . 42 ), the first cap layer ( 13 covered); a hole or trench formed in the second insulating film on the first metal pattern; and a second metal pattern buried in the hole or trench and electrically connected to the first metal pattern via the first cap layer. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 2, bei der eine Barrierenmetallschicht (17, 44a) zwischen dem zweiten Metallmuster und der ersten Kappenschicht gebildet ist.A semiconductor device according to claim 2, wherein a barrier metal layer ( 17 . 44a ) is formed between the second metal pattern and the first cap layer. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 3, bei der die Barrierenmetallschicht aus feuerfestem Metallnitrid gebildet ist.A semiconductor device according to claim 3, wherein said barrier metal layer is formed of refractory metal nitride. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, ferner mit: einer zweiten Kappenschicht (41) zum Bedecken der ersten Kappenschicht (13) und bestehend aus Kupferdiffusionsverhinderungsisoliermaterial, das sich von der ersten Kappenschicht unterscheidet.A semiconductor device according to any one of claims 1 to 4, further comprising: a second capping layer ( 41 ) for covering the first cap layer ( 13 and copper diffusion-preventing insulating material different from the first cap layer. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 5, bei der die zweite Kappenschicht ein Isolierfilm, der Siliziumkarbid und Siliziumnitrid als Basiselemente enthält, oder ein Isolierfilm ist, der Siliziumoxidkarbid und Siliziumoxidnitrid als Basiselemente enthält.A semiconductor device according to claim 5, wherein said second cap layer is an insulating film containing silicon carbide and silicon nitride as base elements, or an insulating film containing silicon oxide carbide and silicon nitride as base elements. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, bei der das erste Metallmuster (12a, 12b) ein Kupfermuster ist.A semiconductor device according to claim 1, wherein said first metal pattern ( 12a . 12b ) is a copper pattern. Halbleitervorrichtungsherstellungsverfahren mit den folgenden Schritten: Bilden eines ersten Isolierfilms (10) über einem Halbleitersubstrat; Bilden eines ersten Grabens oder eines ersten Lochs in dem ersten Isolierfilm; Bilden eines ersten Metallmusters (12a, 12b) durch Vergraben von Kupfer in dem ersten Graben oder dem ersten Loch; und Bilden einer ersten Kappenschicht (13) aus Zirkoniumnitrid oder einer Zirkoniumnitridverbindung auf dem ersten Metallmuster und dem ersten Isolierfilm, wobei die erste Kappenschicht (13) ausgebildet wird, um eine Dicke von gleich oder weniger als 18,7 nm zu haben.A semiconductor device manufacturing method comprising the steps of: forming a first insulating film ( 10 ) over a semiconductor substrate; Forming a first trench or a first hole in the first insulating film; Forming a first metal pattern ( 12a . 12b by burying copper in the first trench or first hole; and forming a first cap layer ( 13 of zirconium nitride or a zirconium nitride compound on the first metal pattern and the first insulating film, wherein the first cap layer ( 13 ) is formed to have a thickness equal to or less than 18.7 nm. Halbleitervorrichtungsherstellungsverfahren nach Anspruch 8, bei dem ein thermischer Annealprozess angewendet wird, nachdem die erste Kappenschicht gebildet ist.A semiconductor device manufacturing method according to claim 8, wherein a thermal Anneal process is applied after the first cap layer is formed. Halbleitervorrichtungsherstellungsverfahren nach Anspruch 8, bei dem die erste Kappenschicht (13) mit dem ersten Metallmuster legiert wird, nachdem die erste Kappenschicht gebildet ist.A semiconductor device manufacturing method according to claim 8, wherein said first cap layer ( 13 ) is alloyed with the first metal pattern after the first cap layer is formed. Halbleitervorrichtungsherstellungsverfahren nach Anspruch 8, ferner mit den folgenden Schritten: Bilden eines zweiten Isolierfilms (14, 42) auf der ersten Kappenschicht (13); Bilden eines zweiten Grabens oder eines zweiten Lochs in dem zweiten Isolierfilm über dem ersten Metallmuster; und Bilden eines zweiten Metallmusters, das mit dem ersten Metallmuster durch die erste Kappenschicht elektrisch verbunden ist, indem Kupfer in dem zweiten Graben oder dem zweiten Loch vergraben wird.A semiconductor device manufacturing method according to claim 8, further comprising the steps of: forming a second insulating film ( 14 . 42 ) on the first cap layer ( 13 ); Forming a second trench or a second hole in the second insulating film over the first metal pattern; and forming a second metal pattern electrically connected to the first metal pattern through the first cap layer by burying copper in the second trench or the second hole. Halbleitervorrichtungsherstellungsverfahren nach Anspruch 11, ferner mit folgendem Schritt: Bilden einer Barrierenmetallschicht (17, 44a) zwischen dem zweiten Metallmuster und der ersten Kappenschicht.The semiconductor device manufacturing method of claim 11, further comprising the step of: forming a barrier metal layer ( 17 . 44a ) between the second metal pattern and the first cap layer. Halbleitervorrichtungsherstellungsverfahren nach Anspruch 12, bei dem die Barrierenmetallschicht aus feuerfestem Metallnitrid gebildet wird.A semiconductor device manufacturing method according to claim 12, wherein said barrier metal layer is formed of refractory metal nitride. Halbleitervorrichtungsherstellungsverfahren nach Anspruch 8, ferner mit folgendem Schritt: Bilden einer zweiten Kappenschicht (41), die aus Kupferdiffusionsverhinderungsisoliermaterial hergestellt wird, das sich von der ersten Kappenschicht unterscheidet, auf der ersten Kappenschicht.A semiconductor device manufacturing method according to claim 8, further comprising the step of: forming a second capping layer (12); 41 ) made of copper diffusion prevention insulating material different from the first cap layer on the first cap layer. Halbleitervorrichtungsherstellungsverfahren nach Anspruch 14, bei dem ein Isolierfilm, der Siliziumkarbid und Siliziumnitrid als Basiselemente enthält, oder ein Isolierfilm, der Siliziumoxidkarbid und Siliziumoxidnitrid als Basiselemente enthält, als zweite Kappenschicht (41) gebildet wird.A semiconductor device manufacturing method according to claim 14, wherein an insulating film containing silicon carbide and silicon nitride as base elements or an insulating film containing silicon oxide carbide and silicon oxide nitride as base elements is used as the second cap layer ( 41 ) is formed. Halbleitervorrichtungsherstellungsverfahren nach Anspruch 8, bei dem ein Bilden des ersten Metallmusters ein Bilden eines Kupfermusters ist.The semiconductor device manufacturing method according to claim 8, wherein forming the first metal pattern is forming a copper pattern.
DE10218155A 2001-04-27 2002-04-23 Semiconductor device and method for manufacturing the same Expired - Fee Related DE10218155B4 (en)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2001130694 2001-04-27
JP2001130694 2001-04-27
JP2002043117 2002-02-20
JP2002043117A JP4350337B2 (en) 2001-04-27 2002-02-20 Semiconductor device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE10218155A1 DE10218155A1 (en) 2002-11-14
DE10218155B4 true DE10218155B4 (en) 2012-03-29

Family

ID=26614359

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE10218155A Expired - Fee Related DE10218155B4 (en) 2001-04-27 2002-04-23 Semiconductor device and method for manufacturing the same

Country Status (5)

Country Link
US (2) US6750541B2 (en)
JP (1) JP4350337B2 (en)
KR (1) KR100758886B1 (en)
DE (1) DE10218155B4 (en)
TW (1) TW559859B (en)

Families Citing this family (55)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7067861B1 (en) * 1998-11-25 2006-06-27 Micron Technology, Inc. Device and method for protecting against oxidation of a conductive layer in said device
JP3944838B2 (en) 2002-05-08 2007-07-18 富士通株式会社 Semiconductor device and manufacturing method thereof
TW200428586A (en) * 2003-04-08 2004-12-16 Matsushita Electric Ind Co Ltd Electronic device and the manufacturing method thereof
US7084479B2 (en) * 2003-12-08 2006-08-01 International Business Machines Corporation Line level air gaps
KR100564801B1 (en) * 2003-12-30 2006-03-28 동부아남반도체 주식회사 Method for fabricating semiconductor
KR100573897B1 (en) * 2003-12-30 2006-04-26 동부일렉트로닉스 주식회사 Method for fabricating semiconductor
KR100538444B1 (en) * 2003-12-31 2005-12-22 동부아남반도체 주식회사 Method for fabricating via hole and trench
JP2005203476A (en) 2004-01-14 2005-07-28 Oki Electric Ind Co Ltd Interconnection structure of semiconductor device and its manufacturing method
US7465654B2 (en) 2004-07-09 2008-12-16 Megica Corporation Structure of gold bumps and gold conductors on one IC die and methods of manufacturing the structures
US8022544B2 (en) * 2004-07-09 2011-09-20 Megica Corporation Chip structure
US7452803B2 (en) 2004-08-12 2008-11-18 Megica Corporation Method for fabricating chip structure
US7176119B2 (en) * 2004-09-20 2007-02-13 International Business Machines Corporation Method of fabricating copper damascene and dual damascene interconnect wiring
US7547969B2 (en) 2004-10-29 2009-06-16 Megica Corporation Semiconductor chip with passivation layer comprising metal interconnect and contact pads
US7727880B1 (en) 2004-11-03 2010-06-01 Novellus Systems, Inc. Protective self-aligned buffer layers for damascene interconnects
US7727881B1 (en) 2004-11-03 2010-06-01 Novellus Systems, Inc. Protective self-aligned buffer layers for damascene interconnects
US7704873B1 (en) 2004-11-03 2010-04-27 Novellus Systems, Inc. Protective self-aligned buffer layers for damascene interconnects
US7396759B1 (en) 2004-11-03 2008-07-08 Novellus Systems, Inc. Protection of Cu damascene interconnects by formation of a self-aligned buffer layer
EP1815507A4 (en) * 2004-11-08 2010-10-06 Tel Epion Inc Copper interconnect wiring and method of forming thereof
US20060113675A1 (en) * 2004-12-01 2006-06-01 Chung-Liang Chang Barrier material and process for Cu interconnect
US7247946B2 (en) * 2005-01-18 2007-07-24 International Business Machines Corporation On-chip Cu interconnection using 1 to 5 nm thick metal cap
US7138714B2 (en) * 2005-02-11 2006-11-21 International Business Machines Corporation Via barrier layers continuous with metal line barrier layers at notched or dielectric mesa portions in metal lines
JP2006278635A (en) * 2005-03-29 2006-10-12 Fujitsu Ltd Manufacturing method for semiconductor device, and film-forming device used therefor
US7638859B2 (en) * 2005-06-06 2009-12-29 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Interconnects with harmonized stress and methods for fabricating the same
TWI305951B (en) 2005-07-22 2009-02-01 Megica Corp Method for forming a double embossing structure
US7348272B2 (en) * 2005-08-03 2008-03-25 United Microelectronics Corp. Method of fabricating interconnect
CN100407402C (en) * 2005-08-18 2008-07-30 联华电子股份有限公司 Method of manufacturing inner interconnection wires
US7563704B2 (en) * 2005-09-19 2009-07-21 International Business Machines Corporation Method of forming an interconnect including a dielectric cap having a tensile stress
US7397121B2 (en) 2005-10-28 2008-07-08 Megica Corporation Semiconductor chip with post-passivation scheme formed over passivation layer
US20070152332A1 (en) * 2006-01-04 2007-07-05 International Business Machines Corporation Single or dual damascene via level wirings and/or devices, and methods of fabricating same
US7735041B2 (en) * 2006-08-03 2010-06-08 Chipx, Inc. Methods and computer readable media implementing a modified routing grid to increase routing densities of customizable logic array devices
JP4943110B2 (en) * 2006-10-13 2012-05-30 株式会社アルバック Semiconductor device and manufacturing method of semiconductor device
JP4943111B2 (en) * 2006-10-13 2012-05-30 株式会社アルバック Manufacturing method of semiconductor device
JP5275038B2 (en) * 2006-11-09 2013-08-28 株式会社アルバック Formation method of barrier film
US7576003B2 (en) * 2006-11-29 2009-08-18 International Business Machines Corporation Dual liner capping layer interconnect structure and method
JP5103914B2 (en) * 2007-01-31 2012-12-19 富士通セミコンダクター株式会社 Semiconductor device manufacturing method and semiconductor device
JP2008211090A (en) * 2007-02-27 2008-09-11 Ulvac Japan Ltd Method and apparatus for manufacturing semiconductor device
US8043963B2 (en) 2007-02-27 2011-10-25 Ulvac, Inc. Semiconductor device manufacturing method and semiconductor device manufacturing apparatus
JP2008211079A (en) * 2007-02-27 2008-09-11 Ulvac Japan Ltd Barrier film and forming method thereof, and multilayer interconnection structure and manufacturing method thereof
JP4960193B2 (en) * 2007-10-12 2012-06-27 株式会社アルバック Semiconductor device manufacturing method and semiconductor device manufacturing apparatus
US7648899B1 (en) 2008-02-28 2010-01-19 Novellus Systems, Inc. Interfacial layers for electromigration resistance improvement in damascene interconnects
US7858510B1 (en) 2008-02-28 2010-12-28 Novellus Systems, Inc. Interfacial layers for electromigration resistance improvement in damascene interconnects
FR2928490B1 (en) * 2008-03-07 2011-04-15 St Microelectronics Sa INTEGRATED CIRCUIT COMPRISING BURIAL MIRRORS WITH DIFFERENT DEPTHS
JP2010010624A (en) * 2008-06-30 2010-01-14 Ulvac Japan Ltd Manufacturing apparatus of semiconductor device and for manufacturing method of semiconductor device
JP5389386B2 (en) * 2008-06-30 2014-01-15 株式会社アルバック Manufacturing method of semiconductor device
JP2010153543A (en) * 2008-12-25 2010-07-08 Fujitsu Ltd Semiconductor device and method of manufacturing the same
KR20100078150A (en) * 2008-12-30 2010-07-08 주식회사 동부하이텍 Semiconductor device and method for manufacturing the device
US8268722B2 (en) * 2009-06-03 2012-09-18 Novellus Systems, Inc. Interfacial capping layers for interconnects
WO2011059035A1 (en) * 2009-11-12 2011-05-19 株式会社 アルバック Semiconductor device manufacturing method
KR20190077619A (en) 2011-06-03 2019-07-03 노벨러스 시스템즈, 인코포레이티드 Metal and silicon containing capping layers for interconnects
JP2014022694A (en) * 2012-07-23 2014-02-03 Fujitsu Ltd Semiconductor device and manufacturing method of the same
KR20140083744A (en) * 2012-12-26 2014-07-04 에스케이하이닉스 주식회사 Semiconductor device with air gap and method for fabricating the same
KR20140086645A (en) * 2012-12-28 2014-07-08 에스케이하이닉스 주식회사 Semiconductor device with self-aligned air gap and method for fabricating the same
US9633896B1 (en) 2015-10-09 2017-04-25 Lam Research Corporation Methods for formation of low-k aluminum-containing etch stop films
US10867866B2 (en) 2017-10-30 2020-12-15 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Semiconductor device and manufacturing method thereof
US11469358B1 (en) * 2019-02-19 2022-10-11 Meta Platforms Technologies, Llc Formation of nanoporous copper interconnect for electrical connection

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3784605D1 (en) * 1986-09-17 1993-04-15 Fujitsu Ltd METHOD FOR PRODUCING A SEMICONDUCTOR DEVICE AND SEMICONDUCTOR DEVICE.
JPH05129224A (en) * 1991-11-05 1993-05-25 Oki Electric Ind Co Ltd Formation of cu-zr wiring pattern
US5426330A (en) * 1992-02-26 1995-06-20 International Business Machines Corporation Refractory metal capped low resistivity metal conductor lines and vias
US5693563A (en) * 1996-07-15 1997-12-02 Chartered Semiconductor Manufacturing Pte Ltd. Etch stop for copper damascene process
WO2000054330A1 (en) * 1999-03-10 2000-09-14 Advanced Micro Devices, Inc. High-reliability damascene interconnect formation for semiconductor fabrication
US6150270A (en) * 1998-01-07 2000-11-21 Kabushiki Kaisha Toshiba Method for forming barrier layer for copper metallization
EP1083596A1 (en) * 1999-09-07 2001-03-14 Chartered Semiconductor Manufacturing Pte Ltd. A method to create a copper dual damascene structure with less dishing and erosion

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3326698B2 (en) * 1993-03-19 2002-09-24 富士通株式会社 Manufacturing method of integrated circuit device
US6130161A (en) * 1997-05-30 2000-10-10 International Business Machines Corporation Method of forming copper interconnections with enhanced electromigration resistance and reduced defect sensitivity
KR19990040756A (en) * 1997-11-19 1999-06-05 김영환 Metal wiring layer contact formation method of semiconductor device
KR20000013571A (en) * 1998-08-11 2000-03-06 윤종용 Manufacturing method of multiple wiring in a semiconductor device
JP3519632B2 (en) * 1999-03-11 2004-04-19 株式会社東芝 Method for manufacturing semiconductor device
US6339025B1 (en) * 1999-04-03 2002-01-15 United Microelectronics Corp. Method of fabricating a copper capping layer
KR100332118B1 (en) * 1999-06-29 2002-04-10 박종섭 Method of forming a metal wiring in a semiconductor device
US6355559B1 (en) * 1999-11-18 2002-03-12 Texas Instruments Incorporated Passivation of inlaid metallization
US6680514B1 (en) * 2000-12-20 2004-01-20 International Business Machines Corporation Contact capping local interconnect

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3784605D1 (en) * 1986-09-17 1993-04-15 Fujitsu Ltd METHOD FOR PRODUCING A SEMICONDUCTOR DEVICE AND SEMICONDUCTOR DEVICE.
JPH05129224A (en) * 1991-11-05 1993-05-25 Oki Electric Ind Co Ltd Formation of cu-zr wiring pattern
US5426330A (en) * 1992-02-26 1995-06-20 International Business Machines Corporation Refractory metal capped low resistivity metal conductor lines and vias
US5693563A (en) * 1996-07-15 1997-12-02 Chartered Semiconductor Manufacturing Pte Ltd. Etch stop for copper damascene process
US6150270A (en) * 1998-01-07 2000-11-21 Kabushiki Kaisha Toshiba Method for forming barrier layer for copper metallization
WO2000054330A1 (en) * 1999-03-10 2000-09-14 Advanced Micro Devices, Inc. High-reliability damascene interconnect formation for semiconductor fabrication
EP1083596A1 (en) * 1999-09-07 2001-03-14 Chartered Semiconductor Manufacturing Pte Ltd. A method to create a copper dual damascene structure with less dishing and erosion

Also Published As

Publication number Publication date
JP4350337B2 (en) 2009-10-21
TW559859B (en) 2003-11-01
JP2003017496A (en) 2003-01-17
US20040188839A1 (en) 2004-09-30
KR100758886B1 (en) 2007-09-19
DE10218155A1 (en) 2002-11-14
KR20020083497A (en) 2002-11-02
US6992005B2 (en) 2006-01-31
US6750541B2 (en) 2004-06-15
US20020158338A1 (en) 2002-10-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE10218155B4 (en) Semiconductor device and method for manufacturing the same
DE102016100766B4 (en) STRUCTURING OF CONTACT THROUGH MULTI-PHOTOLITHOGRAPHY AND MULTILATERALITY
DE102009023377B4 (en) Method for producing a microstructure component having a metallization structure with self-aligned air gap
DE102007004867B4 (en) A method of increasing the reliability of copper-based metallization structures in a microstructure device by using aluminum nitride
DE102008059650B4 (en) A method of fabricating a microstructure having a metallization structure with self-aligned air gaps between dense metal lines
DE102005052000B3 (en) Semiconductor device having a contact structure based on copper and tungsten
DE102008063430B4 (en) Method for producing a metallization system of a semiconductor device with additionally tapered junction contacts
DE102008021568B3 (en) A method of reducing erosion of a metal cap layer during via formation in semiconductor devices and semiconductor device with a protective material for reducing erosion of the metal cap layer
DE4214391C2 (en) Semiconductor integrated circuit structure and method of manufacturing the same
DE102008026134A1 (en) Microstructure device with a metallization structure with self-aligned air gaps between dense metal lines
DE102011085203B4 (en) Manufacturing method for semiconductor devices with via contacts
DE102004037089A1 (en) A technique for making a passivation layer prior to depositing a barrier layer in a copper metallization layer
DE102007015506B4 (en) Method and semiconductor structure for monitoring etch properties during the fabrication of vias of interconnect structures
DE102012207116A1 (en) Multi-layer interconnect structures and integrated circuit methods
DE102007057682A1 (en) A hybrid contact structure with a small aspect ratio contact in a semiconductor device
DE112018004421B4 (en) DAMASCUS THIN FILM RESISTOR (TFR) IN POLYMETAL DIELECTRIC AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME
DE102008006960A1 (en) Self-aligned contact structure in a semiconductor device
DE102006056626A1 (en) Conductive barrier layer producing method for manufacturing integrated circuit, involves depositing layer on exposed surfaces by self-restricted deposition technique, and providing surface with characteristics at reduced deposition rate
EP1770726B1 (en) MIM-capacitor and corresponding method of manufacturing
DE102020119184A1 (en) DIFFUSION BARRIER FOR SEMICONDUCTOR DEVICE AND PROCESS
DE102005057075B4 (en) Semiconductor device having a copper alloy as a barrier layer in a Kupfermetallisierungsschicht and method for its preparation
DE102010063294B4 (en) A method of manufacturing metallization systems of semiconductor devices comprising a copper / silicon compound as a barrier material
DE60132707T2 (en) Low-temperature method for suppressing hills in interconnections of integrated circuits
DE102005052052B4 (en) Electrodeposition layer for metallization layer with improved adhesion, etch selectivity and density and method for producing a dielectric layer stack
DE102005020132B4 (en) Technique for the production of self-aligned feedthroughs in a metallization layer

Legal Events

Date Code Title Description
OP8 Request for examination as to paragraph 44 patent law
8127 New person/name/address of the applicant

Owner name: FUJITSU MICROELECTRONICS LTD., TOKYO, JP

8127 New person/name/address of the applicant

Owner name: FUJITSU SEMICONDUCTOR LTD., YOKOHAMA, KANAGAWA, JP

8128 New person/name/address of the agent

Representative=s name: SEEGER SEEGER LINDNER PARTNERSCHAFT PATENTANWAELTE

R016 Response to examination communication
R018 Grant decision by examination section/examining division
R020 Patent grant now final

Effective date: 20120630

R119 Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee